PL168878B1 - Carbonaceous mixture for fuel elements of tobacco products and method of increasing smouldering temperature of such fuel element - Google Patents

Abstract

It has been found that the addition of specific levels of sodium, advantageously in the form of sodium carbonate, to low sodium level binder, e.g., ammonium alginate, containing carbonaceous fuel compositions results in dramatic changes in the performance of both the fuel element themselves and, cigarettes (or other smoking articles) incorporating the fuel elements. These performance differences include variation in the yields of aerosol and/or flavorants. The addition of sodium carbonate to the fuel elements greatly improves the smolder rates and also improves puff calories, without overheating the cigarette, thereby resulting in substantial improvements in total (and puff by puff) aerosol yield. <IMAGE>

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszanka węglowa do elementów paliwowych artykułów tytoniowych.The present invention relates to a carbon composition for fuel elements of tobacco articles.

Z opisu zgłoszeniowego EP nr 419 981 jest znana węglowa mieszanka do elementów paliwowych artykułów dopalenia, stanowiącajednorodną mieszaninę węgla, do około 20 % wag. tytoniu i do około 20% wag. źródła wiążącego (spoiwo). Jednakże elementy paliwowe zawierające taką mieszankę mają trudne do kontrolowania poziomy energii, tj. ciepło tlenia i ciepło zaciągania.,Parametry te usiłowano kontrolować przez modyfikację projektu elementu paliwowego, np. poprzez zmianę liczby i rozmieszczenia kanałów przechodzących przez element paliwowy i/lub na jego obwodzie. Opcjonalnie wprowadzono do mieszanki dodatki takie jak opóźniacze i modyfikatory spalania, katalizatory tlenku węgla. itp.EP 419 981 discloses a carbon composition for fuel elements of afterburner articles, constituting a homogeneous mixture of carbon, up to about 20 wt. % of tobacco and up to about 20 wt. a binding source (binder). However, fuel elements containing such a blend have energy levels that are difficult to control, i.e. smoldering heat and puffing heat. Attempts have been made to control these parameters by modifying the design of the fuel element, e.g. by changing the number and arrangement of channels through and / or around the fuel element. . Optionally, additives such as combustion retarders and modifiers, carbon monoxide catalysts were added to the mixture. e.t.c.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszanki węglowej do elementów paliwowych artykułów tytoniowych, w której będzie łatwiejsze kontrolowanie poziomów energii węglowych elementów paliwowych, tak aby można było zmieniać zaprojektowane parametry artykułów tytoniowych z zastosowanymi takimi elementami paliwowymi, na bazie kontrolowanej ilości energii wytwarzanej przez elementy paliwowe. W praktyce chodzi o uzyskanie łatwości przypalenia elementu paliwowego, kontrolowania czasu tlenia się węglowego elementu paliwowego, zwiększenie temperatury tlenia spalonego elementu paliwowego i regulowanie temperatury zaciągania się spalonym elementem paliwowym.An object of the invention is to provide a carbon composition for fuel elements of tobacco articles in which it will be easier to control the energy levels of the carbon fuel elements so that the designed parameters of tobacco articles with such fuel elements can be varied based on a controlled amount of energy produced by the fuel elements. In practice, it is about making the fuel element easily scorched, controlling the smoldering time of the carbon fuel element, increasing the smoldering temperature of the burnt fuel element and controlling the puff temperature of the burnt fuel element.

Węglowa mieszanka do elementów paliwowych artykułów tytoniowych, zawierająca jednorodną mieszaninę od około 60 do 99% wag. węgla, od około 1 do 20% wag. spoiwa i do 20% wag. tytoniu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że spoiwo stanowi mieszaninęA carbon blend for the fuel elements of tobacco articles comprising a homogeneous blend of from about 60 to 99 wt. % carbon, from about 1 to 20 wt.%. % of binder and up to 20 wt. of tobacco according to the invention is characterized in that the binder is a mixture

168 878 spoiwa o niskiej zawartości sodu, maj ącego naturalny poziom sodu poniżej 3000 części na milion a korzystnie, poniżej 1500 części na milion oraz domieszki związku sodu, odnoszącej ostateczny poziom sodu (Na) w mieszance do wysokości od około 3000 do około 20000 części na milion.168,878 low sodium binder having a natural sodium level of less than 3000 parts per million and preferably less than 1500 parts per million, and an admixture of a sodium compound, relating to the final level of sodium (Na) in the blend, to from about 3000 to about 20,000 parts per million million.

Korzystnie spoiwo stanowi mieszaninę spoiwa na bazie soli sodu i spoiwa o niskiej zawartości sodu, mającego zawartość sodu poniżej 3000 części na milion. Domieszkę korzystnie stanowi związek sodu wybrany z grupy złożonej z węglanu sodu, octanu sodu, szczawianu sodu i jabłczanu sodu.Preferably the binder is a mixture of a sodium salt binder and a low sodium binder having a sodium content below 3000 parts per million. The dopant is preferably a sodium compound selected from the group consisting of sodium carbonate, sodium acetate, sodium oxalate and sodium malate.

Spoiwo korzystnie zawiera dodatkowo niepalny materiał wypełniający, zwłaszcza w postaci węglanu wapnia lub spiekanego węglanu wapnia.The binder preferably additionally comprises a non-flammable filler material, especially in the form of calcium carbonate or sintered calcium carbonate.

Spoiwem o niskiej zawartości sodu może być spoiwo alginianowe, a zwłaszcza alginian amonu.The low sodium binder may be an alginate binder, especially ammonium alginate.

Domieszka korzystnie zawiera od około 3500 do około 9000 części na milion· węglanu sodu.The dopant preferably comprises from about 3500 to about 9000 parts per million sodium carbonate.

Według wynalazku nieoczekiwanie stwierdzono, że czynnikiem kontrolującym poziomy energii elementów paliwowych podczas zaciągania się i tlenia w węglowych elementach paliwowych opisanego powyżej typu jest określona zawartość sodu, która dodatkowo ma korzystny wpływ na zapalność takich elementów paliwowych.According to the invention, it has surprisingly been found that a factor controlling the puff and smoldering energy levels of fuel elements in carbon fuel elements of the above-described type is a specific sodium content, which further has a beneficial effect on the ignitability of such fuel elements.

Ilość sodu zawartego w elementach paliwowych oraz postać, w jakiej sód jest włączany w proces produkcji elementu paliwowego, mają znaczny wpływ na charakterystykę spalania elementu paliwowego. Zatem dla poprawienia warunków spalania artykułów tytoniowych i uzyskania kontroli nad charakterystyką spalania elementów paliwowych, można zmieniać ilość sodu dodawanego podczas procesu produkcji elementów paliwowych i formę, w jakiej jest on dodawany.The amount of sodium contained in the fuel elements and the form in which the sodium is incorporated into the manufacturing process of the fuel element significantly affects the combustion characteristics of the fuel element. Thus, the amount of sodium added during the manufacturing process of the fuel elements and the form in which it is added can be varied to improve the combustion conditions of the tobacco articles and to obtain control over the combustion characteristics of the fuel elements.

Jedna z zalecanych w wynalazku mieszanek paliwowych obejmuje jednorodną mieszaninę od około 80 do 90% wagowych węgla, od około 1 do 20% wagowych spoiwa i sód (Na) w ilości od około 2000 do około 20000 części na milion.One preferred fuel blend of the invention comprises a homogeneous mixture of about 80 to 90 wt.% Carbon, about 1 to 20 wt.% Binder, and sodium (Na) in an amount of about 2000 to about 20,000 parts per million.

Inna zalecana mieszanka paliwowa według wynalazku obejmuje jednorodną mieszankę od około 60 do 98% wagowych węgla, od około 1 do 20% wagowych spoiwa, od około 1 do 20% wagowych tytoniu i sód (Na) w ilości od około 2000 do około 20000 części na milion.Another preferred fuel blend of the present invention comprises a homogeneous blend of from about 60 to 98% by weight of carbon, from about 1 to 20% by weight of a binder, from about 1 to 20% by weight of tobacco, and sodium (Na) in an amount of from about 2,000 to about 20,000 parts per weight. million.

Według wynalazku zalecane są węglowe mieszanki paliwowe, które obejmują trójskładnikową mieszaninę ' węgla, spoiwa o niskim poziomie sodu oraz dodatku sodu w postaci np. Na2CO3 tak, aby poziom sodu był rzędu 2000 do 20000 części na milion.Preferred according to the invention are carbonaceous fuel blends which include a ternary mixture of carbon, a low sodium binder and an addition of sodium in the form of e.g. Na2CO3 such that the sodium level is on the order of 2000 to 20,000 parts per million.

Jeśli jest to pożądane, do mieszanki paliwowej można dodać niepalny materiał wypełniający taki jak węglan wapnia, spiekany węglan wapnia itp., aby pomagał w kontrolowaniu energii wytwarzanej przez element paliwowy podczas spalania, przez redukcję ilości zawartego w nim materiału palnego. Materiał wypełniający stanowi typowo mniej niż około 50% wagowych mieszanki paliwowej, korzystnie mniej niż około 30% wagowych, najkorzystniej od około 5 do 20% wagowych.If desired, a non-flammable filler material such as calcium carbonate, sintered calcium carbonate, etc. can be added to the fuel mixture to assist in controlling the energy produced by the fuel element during combustion by reducing the amount of combustible material therein. The filler material is typically less than about 50% by weight of the fuel blend, preferably less than about 30% by weight, most preferably from about 5 to 20% by weight.

Właściwy wybór mieszanki paliwowej pozwala na sterowanie wydawanej energii-podczas zaciągania (ciepło konwekcyjne), podczas tlenia (ciepło promieniowania i/lub konwekcyjne), polepsza zapalność elementu paliwowego i polepsza ogólne wytwarzanie aerozolu w papierosach.Proper selection of the fuel mixture allows control of the energy output - during a puff (convective heat), during smoldering (radiant and / or convective heat), improves the ignitability of the fuel element and improves overall aerosol production of cigarettes.

Węglem używanym w mieszance paliwowej może być jakikolwiek typ węgla, aktywowany lub nieaktywowany, ale zalecany jest węgiel klasy żywnościowej o średnicach rozmiarów cząstek około 12 mikronów.The carbon used in the fuel mixture may be any type of carbon, activated or unactivated, but food grade carbon with a particle size of about 12 microns is preferred.

Stosowanymi spoiwami są spoiwa lub mieszaniny spoiw, zawierające mniej niż około 3000 części na milion, korzystnie mniej niż około 1500 części na milion sodu (tj. spoiwa o małej naturalnej zawartości sodu), najkorzystniej nie stanowiące soli sodu. Dopuszczalne spoiwa stanowią szczególnie zalecany alginian amonu, karboksymetylocelulozę itp. Spoiwa będące solami sodu (takie jak sodowa karboksymetyloceluloza), mogą być również użyte, ale powinny zostać rozcieńczone domieszką z innymi spoiwami o niskiej zawartości sodu dla zredukowania całkowitej zawartości sodu do żądanego zakresu 2000 do 20000 części na milion. Okazało się, że dla wynalazku zawartość sodu pochodząca z soli sodowej spoiwa nie jest tak efektywna jak sód dodawany do mieszanki paliwowej w innych formach. Nieoczekiwanie także okazało się, że dla wynalazku jest ważny nie tylko poziom sodu w ostatecznym elemencie paliwowym, ale że także duże znaczenie ma źródło sodu. Najbardziej zalecanym źródłem sodu do użytku w mieszankach paliwowych według wynalazku jest węglan sodu (Na2CO3). Dodanie węglanu soduThe binders used are binders or mixtures of binders containing less than about 3000 parts per million, preferably less than about 1500 parts per million sodium (ie, low sodium native binders), most preferably non-sodium salts. Acceptable binders are particularly recommended ammonium alginate, carboxymethyl cellulose etc. Sodium salt binders (such as sodium carboxymethyl cellulose) may also be used but should be diluted with other low sodium binders to reduce total sodium content to the desired range of 2,000 to 20,000 parts per million. It has turned out that for the invention the sodium content derived from the sodium salt of the binder is not as effective as the sodium added to the fuel blend in other forms. It has also surprisingly turned out that not only the sodium level in the final fuel element is important to the invention, but that the sodium source is also of great importance. The most preferred source of sodium for use in the fuel blends of the present invention is sodium carbonate (Na2CO3). Addition of sodium carbonate

168 878 jako roztworu wodnego skutecznie zapewnia osiągnięcie wymaganego według wynalazku poziomu sodu w mieszance paliwowej. Jakkolwiek zaleca się dodatek sodu przez użycie wodnych roztworów związków sodu o różnych stężeniach (np. 0,1%-10%, lepiej 0,5-7%) to jednak można zastosować inne metody, np. dodatek do węglanu sodu suchej domieszki związku sodu, takiego jak octan sodu, szczawian sodu, jabłczan sodu itp. Jednakże źródła sodu takie jak chlorek sodu (NaCl), nie są szczególnie aktywne.168,878 as an aqueous solution is effective in achieving the sodium level required by the present invention in the fuel blend. Although it is recommended to add sodium by using aqueous solutions of sodium compounds of various concentrations (e.g. 0.1% -10%, better 0.5-7%), other methods can be used, e.g. adding a dry sodium compound to the sodium carbonate such as sodium acetate, sodium oxalate, sodium malate etc. However, sources of sodium such as sodium chloride (NaCl) are not particularly active.

Jak opisano powyżej, swobodne zmiany poziomu sodu (Na) w mieszance paliwowej w zakresie od około 2000 do 20000 części na milion (całkowita zawartość Na = naturalny Na + dodany Na), zmierzone przy użyciu sprzężonej indukcyjnie plazmowo-atomowej spektroskopii emisyjnej (ICP-AES) pozwalają, by otrzymany element paliwowy miał wybrane, określone właściwości spalania.As described above, the free variation in sodium (Na) level in the fuel blend ranging from about 2,000 to 20,000 parts per million (total Na = natural Na + added Na), measured using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) ) allow the resulting fuel element to have selected specific combustion properties.

Inne dodatki, które mogąbyć dodane do mieszanki paliwowej według wynalazku obejmują związki zdolne do uwolnienia amoniaku w warunkach spalania mieszanki paliwowej. Takie związki okazały się użyteczne w ilości około 0,5 do 5,0%, korzystnie od około 1 do 4%, najkorzystniej od około 2 do 3%, dla zredukowania poziomów pewnych związków karbonylowych w produktach spalania elementu paliwowego. Odpowiednie związki uwalniające amoniak podczas spalania mieszanki paliwowej obejmują mocznik, nieorganiczne i organiczne sole (np. węglan amonu, alginian amonu lub fosforan jedno-, dwu lub trój-amonowy), cukry aminowe (np. prolino-fruktoza lub asparagino-fruktoza), aminokwasy, szczególnie α-aminokwasy (np. glutamina, glicyna, asparagina, prolina, alanina, cysteina, kwas asparaginowy, fenyloalanina lub kwas glutaminowy), dwu- lub trójpeptydy, czwartorzędowe związki amonowe itp.Other additives that may be added to the fuel blend of the present invention include compounds capable of releasing ammonia under the conditions of combustion of the fuel blend. Such compounds have been found to be useful at about 0.5 to 5.0%, preferably from about 1 to 4%, most preferably from about 2 to 3%, in reducing the levels of certain carbonyl compounds in the combustion products of the fuel element. Suitable compounds for releasing ammonia upon combustion of the fuel blend include urea, inorganic and organic salts (e.g., ammonium carbonate, ammonium alginate or mono-, di or tri-ammonium phosphate), amino sugars (e.g. proline-fructose or asparagine-fructose), amino acids , especially α-amino acids (e.g. glutamine, glycine, asparagine, proline, alanine, cysteine, aspartic acid, phenylalanine or glutamic acid), di- or tripeptides, quaternary ammonium compounds, etc.

Jednym ze szczgólnie zalecanych związków uwalniających amoniak są związki aminowe kwasu asparaginowego. Dodanie asparaginy (Asn) do mieszanki paliwowej w ilości około 1 % do około 3% pozwala na zredukowanie związków karbonylowych wytworzonych podczas spalania.One of the especially preferred ammonia releasing compounds are the amine compounds of aspartic acid. The addition of asparagine (Asn) to the fuel blend in an amount of about 1% to about 3% reduces the carbonyl compounds produced during combustion.

Gdy poziom sodu w mieszance paliwowej waha się od około 3500 do 9000 części na milion, wówczas uzyskuje się łatwość przypalenia elementu paliwowego.When the sodium level in the fuel mixture is from about 3500 to 9000 parts per million, it is easy to burn the fuel element.

W innym wykonaniu wynalazku można kontrolować czas tlenia się spalanego węglowego elementu paliwowego, dzięki modyfikowaniu zawartości sodu w mieszance paliwowej w zakresie od około3000 do około 9000 części na milion.In another embodiment of the invention, the smoldering time of the combusting carbonaceous fuel element can be controlled by modifying the sodium content of the fuel blend from about 3000 to about 9000 parts per million.

W innym wykonaniu mieszanki według wynalazku można uzyskać zwiększenie temperatury tlenia palącego się węglowego elementu paliwowego przez regulowanie zawartości sodu w elemencie paliwowym w zakresie między około 2500 do około 10000 części na milion.In another embodiment of the inventive blends, an increase in the smoldering temperature of a burning carbonaceous fuel element can be achieved by adjusting the sodium content of the fuel element to between about 2,500 to about 10,000 parts per million.

W jeszcze innym wykonaniu mieszanki według wynalazku, można regulować temperaturę zaciągania się spalanym węglowym elementem paliwowym (wysoka/średnia/niska) przez regulację zawartości sodu w mieszance tak, aby wynosiła pomiędzy około 65000 i 10000 części na milion.In yet another embodiment of the inventive blend, the puff temperature of the combusted carbon fuel element (high / medium / low) can be controlled by adjusting the sodium content of the blend to be between about 65,000 and 10,000 parts per million.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konfigurację papierosa opisaną w monografii RJR z przekrojem poprzecznym elementu paliwowego zmodyfikowanym jak przedstawiono na fig. 1A i mającego mieszankę paliwową według wynalazku, fig. 1A - przekrój poprzeczny elementu paliwowego papierosa, w którym może być wykorzystany węglowy element paliwowy, przygotowany z mieszanki paliwowej według wynalazku, fig, 2A- przekrój poprzeczny elementu paliwowego w papierosie przedstawionym na fig. 2, fig. 3 - temperaturę przedniej części elementów paliwowych z fig. 1A zawierających mieszankę według wynalazku, o różnych poziomach NA2CO3, dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0% podczas zaciągania się, fig. 4 - temperatury tlenia elementów paliwowych fig. 1A zawierających mieszankę według wynalazku o różnych poziomach Na2CO3 dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%) zmierzone 15 sek. po zaciągnięciu się, fig. 5 - temperatury tylnych części elementów paliwowych z fig. 1A zawierających mieszankę według wynalazku o różnych poziomach NA2CO3, dodanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%), fig. 6 - temperatury ścian kapsuł przymocowanych do elementów paliwowych z fig. 1A zawierających mieszankę o różnych poziomach NA2CO3, dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%), fig. 7 - wykresy temperatur gazu wychodzącego po każdym zaciągnięciu się papierosem w tylnej części kapsuł z fig. 6, fig. 8 - temperaturę gazu wychodzącego z ustników papierosów wykorzy168 878 stujących elementy paliwowe z fig. 1A, zawierającego mieszankę o różnych poziomach Na2CO3, dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%), fig. 9 - temperatury części podpalcowych papierosów z elementami paliwowymi z fig. 1A zawierającymi mieszankę 0 różnych poziomach Na2CCO, dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%), fig. 10 - krzywe kalorii wytwarzanych po każdym zaciągnięciu się papierosem przez elementy paliwowe z fig. 1A zawierające mieszankę o różnych poziomach NA2CO3 dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%), fig. 11 - spadki ciśnień po przypaleniu, uzyskane w przypadku papierosów z fig. 1 podczas palenia w warunkach 50 cm/30 sek., z elementami paliwowymi z fig. 1A zawierającymi mieszankę o różnych poziomach Na2CC33 dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%), fig. 12 - wykres gęstości aerozolu po każdym zaciągnięciu się papierosem z fig. 1 przy paleniu w warunkach 50 cm^J/30 sek., z elementami paliwowymi z fig. 1A zawierającymi mieszankę o różnych poziomach Na2CO3 dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% 17,0%), fig. 13 i 14 - całkowitą wydajność aerozolu względem stężenia roztworu węglanu sodu i rzeczywistych części na milion sodu w mieszance, odpowiednio w każdym z elementów paliwowych, a fig. 15 i 16 - wydajność gliceryny i nikotyny po każdym zaciągnięciu się papierosem z fig. 1, przy paleniu w warunkach 50 cm³/30 sek., z elementami paliwowymi z fig. 1A zawierającymi mieszankę o różnych poziomach Na2CO3 dodawanego w roztworach wodnych (0%, 0,5%, 1,0%, 3,0%, 5,0% i 7,0%).The subject matter of the invention is illustrated in the drawing in which Fig. 1 shows the cigarette configuration described in RJR monograph with a fuel element cross-section modified as shown in Fig. 1A and having a fuel mixture according to the invention, Fig. 1A, a carbon fuel element prepared from the fuel blend according to the invention may be used, Fig. 2A - cross section of the fuel element in the cigarette shown in Fig. 2, Fig. 3 - the temperature of the front of the fuel elements of Fig. 1A containing the blend of the invention, NA2CO3 levels added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% and 7.0% during the puff, Fig. 4 - smoldering temperatures of the fuel elements Fig. 1A containing the inventive blend with different levels of Na2CO3 added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% and 7.0%) measured 15 seconds after a puff, fig 5 - temper The rear portions of the fuel elements of Fig. 1A containing the inventive blend with different levels of NA2CO3 added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0%, and 7.0%). ), Fig. 6 - Wall temperatures of capsules attached to the fuel elements of Fig. 1A containing a blend of different levels of NA2CO3 added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0 % and 7.0%), Fig. 7 - gas temperature graphs of the gas exiting after each puff of the cigarette at the back of the capsules of Fig. 6, Fig. 8 - the temperature of the gas exiting the cigarette mouthpieces using the fuel elements of Fig. 1A, containing a blend of various levels of Na2CO3 added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% and 7.0%), Fig. 9 - the temperature of the forefoot parts of cigarettes with fuel elements of Fig. 1A containing a blend of different levels of Na2CCO added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% and 7.0%), Fig. 10 - Calorie curves produced after each puff of the cigarette through the fuel elements of Fig. 1A containing a blend of varying levels of NA2CO3 added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% and 7.0%). Figure 11 shows post-burn pressure drops obtained from the cigarettes of Figure 1 while smoking at 50 cm / 30 sec, with the fuel elements of Figure 1A containing a blend of varying levels of Na2CC33 added in aqueous solutions (0%, 0 , 5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% and 7.0%), Fig. 12 - graph of the aerosol density after each puff of the cigarette of Fig. 1 when smoked at 50 cm ^J / 30 sec., with fuel elements of Fig. 1A containing a blend of varying levels of Na2CO3 added in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3.0%, 5.0% 17.0%), 13 and 14 the total aerosol efficiency based on the concentration of sodium carbonate solution and true parts per million sodium in the blend in each fuel element, respectively, and Figures 15 and 16 the glycerin and nicotine yield after each puff of the cigarette. sem of FIG. 1, when smoked under conditions of 50 cm ^3/30 sec., with the fuel elements of FIGS. 1A-containing compound with various levels of added Na2CO3 in aqueous solutions (0%, 0.5%, 1.0%, 3 0%, 5.0% and 7.0%).

Na figurze 1 i 1A przedstawiono ogólnie papieros ze zmodyfikowaną konfiguracją elementu paliwowego. Papieros ma węglowy element paliwowy 10, który jest utworzony z mieszanki paliwowej według wynalazku stanowiącej jednorodną mieszaninę zawierającą około 60% wag. węgla, 20% spoiwa i 2θ% tytoniu, przy czym jako spoiwo zastosowano mieszaninę spoiwa o niskiej zawartości sodu, mającego neutralny poziom sodu poniżej 3000 części na milion, oraz domieszki związku sodu, podnoszącej ostateczny poziom sodu w mieszance do wysokości od około 3000 do około 20000 części na milion. Ten element paliwowy 10 jest otoczony koszulką z izolacyjnych włókien szklanych 16. Kapsuła 12 umieszczona jest podłużnie za elementem paliwowym i w kontakcie- z jego tylną częścią obwodową. Kapsuła ta zawiera substrakt 14, który obejmuje materiały wytwarzające aerozol i materiały zapachowe. Kapsuła 12 jest otoczona przez zwój tytoniu w formie wypełniacza. Ustnik papierosa obejmuje dwie części, a mianowicie segment 20 papieru tytoniowego i mało wydajny polipropylenowy materiał filtracyjny stanowiący ustnik 22.Figures 1 and 1A generally show a cigarette with a modified fuel element configuration. The cigarette has a carbon fuel element 10 that is formed from a fuel blend of the invention that is a homogeneous blend of about 60 wt. Carbon, 20% binder and 2θ% tobacco using a mixture of a low sodium binder having a neutral sodium level of less than 3,000 parts per million, and an admixture of sodium compound to raise the final sodium level in the blend to about 3,000 to about 3,000. 20,000 parts per million. This fuel element 10 is surrounded by a sheath of insulating glass fibers 16. A capsule 12 is positioned longitudinally behind the fuel element and in contact with its rear peripheral portion. The capsule contains the substrate 14, which includes aerosol generating materials and aroma materials. The capsule 12 is surrounded by a roll of tobacco in the form of a filler. The mouthpiece of the cigarette comprises two parts, namely a segment 20 of tobacco paper and a low performance polypropylene filter material constituting the mouthpiece 22.

Ciepło spalanego elementu paliwowego 10 przekazywane jest drogą przepływu i konwekcji do substratu 14 w kapsule 12. Podczas zaciągania się, aerozol i materiały zapachowe zawarte w substracie 14 ulegają kondensacji tworząc dymopodobny aerozol, który przechodzi przez artykuł tytoniowy, absorbując dodatkowy tytoń i inne materiały zapachowe z innych części składowych artykułu tytoniowego i wychodzi ustnikiem 22. Na fig. 2 i 2A, przedstawiono inny wzór papierosa i jego elementu paliwowego, który ma zastosowaną mieszankę paliwową według wynalazku. Jak przedstawiono, papieros zawiera segmentowy węglowy element paliwowy 100 otoczony przez koszulkę z materiału izolacyjnego 102. Materiałem izolacyjnym 102 mogą być włókna szklane lub tytoń obrobiony tak, że jest w zasadzie niepalny. Jak przedstawiono, materiał izolacyjny 102 rozciąga się poza obydwa końce elementu paliwowego 100 ,przez co element paliwowy 100 jest zawarty wewnątrz koszulki izolacyjnej. Substrat 104 położony podłużnie za elementem paliwowym 100 jest korzystnie wykonany ze zwoju materiału celulozowego, na przykład papieru tytoniowego. Substrat 104 jest otoczony sprężystą koszulką 106, która korzystnie może obejmować włókna szklane i tytoń np. w formie wypełniacza lub mieszaninę tych materiałów. Ustnik 107 umieszczony za substratem obejmuje dwa segmenty, a mianowicie segment papieru tytoniowego 108 i niskowydajny filtr polipropylenowy 110.The heat of the combusted fuel element 10 is transferred by flow and convection to the substrate 14 in the capsule 12. During the puff, the aerosol and aroma materials contained in the substrate 14 condense to form a smoke-like aerosol that passes through the tobacco article, absorbing additional tobacco and other flavoring materials from the substrate. other components of the tobacco article and exits the mouthpiece 22. Referring to Figs. 2 and 2A, another pattern of a cigarette and its fuel element is shown which uses the fuel mixture of the present invention. As shown, the cigarette includes a segmented carbon fuel element 100 surrounded by a sheath of insulating material 102. The insulating material 102 may be glass fibers or tobacco treated to be substantially non-flammable. As shown, the insulating material 102 extends beyond both ends of the fuel element 100 so that the fuel element 100 is contained within the insulating jacket. The substrate 104 located longitudinally downstream of the fuel element 100 is preferably made of a web of cellulosic material, e.g., tobacco paper. The substrate 104 is surrounded by a resilient sheath 106, which may preferably include glass fibers and tobacco, e.g. in the form of a filler, or a mixture of these materials. The mouthpiece 107 downstream of the substrate includes two segments, namely a tobacco paper segment 108 and a low performance polypropylene filter 110.

W mniej korzystnym rozwiązaniu, podobnym do przedstawionego na fig. 2, substrat (np. papier czerpany ) może być umieszczony wewnątrz tuby, która z kolei jest otoczona przez wypełniacz tytoniowy lub materiał izolacyjny. Tuba ma wystarczającą długość by rozciągać się przez pustą przestrzeń między tylnym końcem elementu paliwowego i przednim końcem substratu i otaczać część długości tylnego końca elementu paliwowego. Tak więc tuba jest umieszczona między koszulką izolacyjną i elementem paliwowym, i kontaktuje się z tylnym końcem elementu paliwowego.In a less preferred embodiment, similar to that shown in Figure 2, the substrate (e.g., handmade paper) may be placed inside the tube, which is in turn surrounded by tobacco filler or insulation material. The tube is long enough to extend through the void between the trailing end of the fuel element and the leading end of the substrate and surround a portion of the length of the trailing end of the fuel element. Thus, the tube is positioned between the insulating jacket and the fuel element, and contacts the rear end of the fuel element.

168 878168 878

Podobnie jak w papierosie z fig. 1, ciepło spalanego elementu paliwowego zawierającego mieszankę według wynalazku jest przekazywane do substratu. Jednakże w tym papierosie dominującym sposobem przekazywania energii jest ciepło konwekcyjne. To ciepło przeprowadza w stan lotny aerozol i materiały zapachowe zawarte w substracie i skondensowane w formie dymopodobnego aerozolu, który przechodzi przez artykuł tytoniowy podczas zaciągania się i wychodzi przez ustnik 106.As in the cigarette of Fig. 1, the heat of the burned fuel element containing the inventive composition is transferred to the substrate. However, convection heat is the dominant mode of energy transfer in this cigarette. This heat volatilizes the aerosol and the aroma materials contained in the substrate and condensed to form a smoke-like aerosol that passes through the tobacco article during a puff and exits through mouthpiece 106.

Również inne artykuły tytoniowe mogą z powodzeniem wykorzystywać mieszankę paliwową według wynalazku.Also, other tobacco articles can successfully use the fuel blend of the invention.

W rozmaitych artykułach tytoniowych, mieszanka w węglowych elementach paliwowych ma zastosowane spoiwo z kaHbol^i^^^^mett/locelulozy sodowej (SCMC) w ilości około 10% wagowych, w jednorodnej mieszaninie z około 90% wagowych proszku węglowego. Elementy paliwowe zawierające taką mieszankę są czasem trudne od zapalenia, palą się w wysokiej temperaturze i bardzo szybko, a ponadto wytwarzają wysokie poziomy tlenku węgla. Próby poprawienia własności tych elementów paliwowych doprowadziły do opracowania mieszanki węglowej według obecnego wynalazku. Dzięki pierwiastkowej analizie zanieczyszczeń kationowych mieszanki paliwowej odkryto, iż jednym z czynników odpowiedzialnych za charakterystykę spalania mieszanki paliwowej był poziom sodu w mieszance paliwowej.In a variety of tobacco articles, the blend in the carbon fuel elements employs a sodium carbonate binder (SCMC) in an amount of about 10% by weight, homogeneously mixed with about 90% by weight of carbon powder. Fuel elements containing this blend are sometimes difficult to ignite, burn at high temperatures and very quickly, and generate high levels of carbon monoxide. Attempts to improve the properties of these fuel elements have led to the development of the carbon blend of the present invention. Thanks to the elemental analysis of cationic impurities in the fuel mixture, it was discovered that one of the factors responsible for the combustion characteristics of the fuel mixture was the sodium level in the fuel mixture.

Poniższa tabela 1 przedstawia pierwiastkową analizę zanieczyszczeń kationowych występujących w mieszankach elementów paliwowych, złożonych z węgla (90%) i dwóch spoiw, a mianowicie SCMC i alginianu amonu (Alg). Z tabeli 1 wynika, że spoiwo z czystego SCMC ma bazowy poziom sodu wynoszący 7741 części na milion, podczas gdy bazowy poziom sodu w spoiwie z czystego alginianu wynosi tylko 2911 części na milion. Odkryto, że przez zmianę poziomu sodu w mieszance paliwowej, np. przez mieszanie spoiw o wysokim i niskim poziomie sodu, lub korzystnie przez użycie spoiwa o niskim poziomie sodu z dodaniem związków sodu takich jak węglan sodu, octan sodu, szczawian sodu, jabłczan sodu. itp. można osiągnąć korzystną zmianę charakterystyki spalania elementu paliwowego tak by sprostać wymaganiom energetycznym dowolnego artykułu tytoniowego.Table 1 below shows the elemental analysis of the cationic impurities found in blends of fuel elements composed of carbon (90%) and two binders, SCMC and ammonium alginate (Alg). Table 1 shows that the pure SCMC binder has a base sodium level of 7,741 parts per million, while the base sodium level of the pure alginate binder is only 2911 ppm. It has been found by changing the sodium level in the fuel blend, e.g. by mixing high and low sodium binders, or preferably by using a low sodium binder with the addition of sodium compounds such as sodium carbonate, sodium acetate, sodium oxalate, sodium malate. etc., a beneficial change in the combustion characteristics of the fuel element can be achieved to meet the energy requirements of any given tobacco article.

Jak opisano powyżej, jednym z podstawowych składników mieszanki paliwowej według wynalazku jest materiał węglowy. Zalecane materiały węglowe mają zawartość węgla około 60 procent wagowych, korzystnie powyżej około 75 procent wagowych, a najkorzystniej powyżej około 85 procent wagowych.As described above, one of the essential components of the fuel blend of the present invention is carbonaceous material. Preferred carbon materials have a carbon content of about 60 weight percent, preferably greater than about 75 weight percent, and most preferably greater than about 85 weight percent.

Tabela 1Table 1

Analiza pierwiastkowa kationów w węglowo-spoiwowych elementach paliwowychElemental analysis of cations in carbon-binder fuel elements

10% SCMC 10% SCMC 8% SCMC 8% SCMC 6% SCMC 6% SCMC 4% SCMC 4% SCMC 2 % SCMC 2% SCMC 0% SCMC 0% SCMC Pierwiastek Element 0% Alg 0% Alg 2% Alg 2% Alg 4% Alg 4% Alg 6% Alg 6% Alg 8% Alg 8% Alg 10% Alg 10% Alg cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm Al Al 6588 6588 11170 11170 1165 1165 862 862 684 684 522 522 Ca Ca 1583 1583 1809 1809 1954 1954 2046 2046 2316 2316 2500 2500 Cr Cr 17 17 22 22 11 11 14 14 10 10 20 twenty Cu Cu 0,9 0.9 1 1 1 1 1 1 0,9 0.9 1 1 Fe Fe 350 350 457 457 334 334 494 494 463 463 491 491 K K. 242 242 351 351 83 83 72 72 65 65 51 51 Mg Mg 695 695 710 710 735 735 712 712 717 717 706 706 Mn Me 9 9 10 10 8 8 9 9 9 9 9 9 Na On 7741 7741 6794 6794 6116 6116 5550 5550 3931 3931 2911 2911 Ni Ni 3 3 4 4 3 3 3 3 3 3 4 4 P P. 15 15 26 26 9 9 6 6 7 7 9 9 S S. 100 100 135 135 138 138 156 156 195 195 221 221 Si Si 194 194 142 142 112 112 422 422 206 206 169 169 Sr Sr 9 9 15 15 28 28 36 36 46 46 57 57 Zn Zn 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

cz.nm. - części na milionpart nm - parts per million

168 878168 878

Materiały węglowe otrzymuje się zwykle przez zwęglanie materii organicznej. Jednym z szczególnie odpowiednich źródeł takiej materii organicznej jest miazga papiernicza z drewna twardego. Inne odpowiednie źródła materiałów węglowych to węgle skorup orzechów kokosowych, takie jak węgle PXC dostępne jako PCB i eksperymentalne węgle dostępne jako Lot B-11030-CAC-5, Lot B-11250-CAC-115 i Lot 089-A12-CAC-45 w Calgon Carsbon Corporation, Pittsburgh, PA.Carbon materials are usually obtained by carbonizing organic matter. One particularly suitable source of such organic matter is hardwood pulp. Other suitable carbon material sources are coconut shell carbons such as PXC carbons available as PCBs and experimental carbons available as Lot B-11030-CAC-5, Lot B-11250-CAC-115 and Lot 089-A12-CAC-45 in Calgon Carsbon Corporation, Pittsburgh, PA.

Elementy paliwowe mogą być przygotowywane z mieszanki według wynalazku w wyniku rozmaitych metod produkcyjnych, w tym kształtowania, obrabiania, kształtowania ciśnieniowego lub wyciskania do pożądanego kształtu. Ukształtowane elementy paliwowe mogą mieć przeloty, rowki lub puste obszary.Fuel elements may be prepared from the inventive blend by a variety of manufacturing methods including shaping, machining, pressure forming, or extruding into a desired shape. The shaped fuel elements may have passages, grooves, or voids.

Zalecane wyciskane węglowe elementy paliwowe mogą być przygotowane przez, zmieszanie do 95 części materiału węglowego, do 20 części czynnika spoiwowego i do 20 części tytoniu ( np. pyłu tytoniowego i/lub ekstraktu tytoniowego) z wystarczającą ilością wodnego roztworu NA2CO3 (mającego wstępnie wybrane stężenie), co pozwoli na otrzymanie wytłaczanej mieszaniny. Mieszanina ta może być następnie wytłoczona przy użyciu suwaka lub tłoka wytłaczarki lub mechanizmu śrubowego do postaci wyrobu o pożądanym kształcie, mającego pożądaną liczbę przelotów lub pustych przestrzeni.The preferred extruded carbon fuel elements can be prepared by mixing up to 95 parts of carbon material, up to 20 parts of a binder agent, and up to 20 parts of tobacco (e.g., tobacco dust and / or tobacco extract) with a sufficient amount of aqueous NA2CO3 (having a pre-selected concentration) which will give an extruded mixture. This mixture can then be extruded using a ram or a plunger of an extruder or a screw mechanism to form a product of the desired shape, having the desired number of passages or voids.

Jak opisano powyżej, do mieszanki paliwowej według wynalazku może być dodany niepalny materiał wypełniający taki jak węglan wapnia, siekany węglan wapnia itp., aby uczestniczył w kontrolowaniu kalorii wytwarzanych przez element paliwowy podczas spalania przez redukowanie ilości obecnego w nim palnego materiału. Materiał wypełniający zwykle stanowi mniej niż 50 procent wagowych mieszanki paliwowej, korzystnie mniej niż około 30 procent wagowych, a najkorzystniej od około 5 do około 20 procent wagowych. Szczegóły dotyczące takich wypełniaczy można znaleźć w publikacji patentu Europejskiego nr 419 981.As described above, a non-flammable filler material such as calcium carbonate, chopped calcium carbonate and the like may be added to the fuel mixture of the present invention to assist in controlling the calories produced by the fuel element during combustion by reducing the amount of combustible material present therein. The filler material typically comprises less than 50 weight percent of the fuel blend, preferably less than about 30 weight percent, and most preferably about 5 to about 20 weight percent. Details of such fillers can be found in European Patent Publication No. 419,981.

Jak opisano powyżej, mieszanka paliwowa według wynalazku może zawierać tytoń. Postać tego tytoniu może być różna, a także do mieszanki paliwowej można włączyć więcej niż jedną postać tytoniu, jeśli jest to pożądane. Rodzaj tytoniu także może być różny i obejmować oczyszczony ze spalin tytoń gatunku Burley, Maryland i Oriental, rzadkie i specjalne tytonie, jak również ich mieszaniny.As described above, the fuel blend of the present invention may contain tobacco. The form of this tobacco can vary, and more than one form of tobacco may be included in the fuel blend if desired. The type of tobacco can also vary and include exhaust-gas of Burley, Maryland and Oriental grades, rare and specialty tobaccos, and mixtures thereof.

Jedną z odpowiednich postaci tytoniu nadającą się do zastosowania do mieszanki paliwowej według wynalazku jest dobrze rozdrobniony produkt tytoniowy, który obejmuje zarówno pył tytoniowy i dobrze rozdrobnione blaszki liści tytoniowych.One suitable form of tobacco suitable for use in the fuel blend of the invention is a finely divided tobacco product, which includes both tobacco dust and finely divided tobacco leaf lamina.

Inną postacią tytoniu przydatną do stosowania w mieszankach paliwowych według wynalazku jest ekstrakt tytoniowy lub mieszanka ekstraktów tytoniowych. Ekstrakty tytoniowe są zwykle otrzymywane poprzez ekstrakcję, materiałów tytoniowych przy użyciu rozpuszczalnika takiego jak woda, dwutlenek węgla, sz.eściofiuorek siarki, węglowodoru takiego jak heksan lub etanol, pochodnej halogenowej takiej jak dostępny na rynku freon, jak również rozpuszczalniki organiczne i nieorganiczne. Ekstrakty tytoniowe mogą zawierać ekstrakty tytoniowe suszone rozpryskowo, liofilizowane ekstrakty tytoniowe, aromatyczne olejki tytoniowe, esencje tytoniowe i inne typy ekstraktów tytoniowych.Another form of tobacco suitable for use in the fuel blends of the invention is a tobacco extract or a blend of tobacco extracts. Tobacco extracts are typically obtained by extracting tobacco materials with a solvent such as water, carbon dioxide, sulfur hexafluoride, a hydrocarbon such as hexane or ethanol, a halogen derivative such as commercially available freon, as well as organic and inorganic solvents. Tobacco extracts may include spray-dried tobacco extracts, freeze-dried tobacco extracts, aromatic tobacco oils, tobacco essences, and other types of tobacco extracts.

Sposoby otrzymywania odpowiednich ekstraktów tytoniowych są przytoczone w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 4 506 682,.4·986 286, 5 005 593,5 060 669 i Europejskiego opisu patentowego nr 338 831.Methods for obtaining suitable tobacco extracts are described in U.S. Patent Nos. 4,506,682, 4,986,286, 5,005,593.5,060,669 and European Patent Specification No. 338,831.

Spoiwa sterowane w konwencjonalnych mieszankach paliwowych nie zawierają kontrolowanych ilości sodu. Mieszanka paliwowa według wynalazku zawiera węgiel i spoiwo mające bazowy poziom sodu wynoszący około 3000 części sodu na milion lub mniej. To bazowe ograniczenie poziomu sodu pozwala na kontrolowane dodawanie wodnego roztworu NA2CO3, a otrzymane z takiej mieszanki elementy paliwowe mają omówione wcześniej zalety. Sole sodowe, chyba że zastosowane w postaci rozcieńczonej, nie kwalifikują się w zasadzie jako spoiwa. W zasadzie dopuszczalne są spoiwa,które mają inne rodzaje kationów, np. potasowe, amonowe itd.Binders controlled in conventional fuel blends do not contain controlled amounts of sodium. The fuel blend of the present invention comprises carbon and a binder having a base sodium level of about 3,000 parts per million sodium or less. This baseline sodium limitation allows for the controlled addition of an aqueous solution of NA2CO3, and the resulting fuel elements have the previously discussed advantages. Sodium salts, unless used in dilute form, in principle do not qualify as binders. In principle, binders with other types of cations, e.g. potassium, ammonium etc., are acceptable.

Zalecanym sposobem dodawania sodu do spoiw bezsodowych (lub spoiw o niskiej zawartości sodu) jest mieszanie wodnego roztworu związku sodu ze spoiwem i materiałem węglowym. Zaleca się, by stężenie wodnego roztworu, wahało się od około 0,1 do 10 procentThe preferred way to add sodium to sodium-free (or low-sodium binders) binders is to mix an aqueous solution of sodium compound with a binder and carbon material. Preferably, the concentration of the aqueous solution should range from about 0.1 to 10 percent

168 878 wagowych, a korzystnie od około 0,5 do 7 procent wagowych. Jakkolwiek zalecanym źródłem sodu do użytku w miesz.ankach paliwowych według wynalazku jest węglan sodu (NćoCO·?,) to jednak można też zastosować związki sodu, takie jak octan sodu, szczawian sodu, jabłczan sodu itp. Natomiast nie zalecane są suche mieszaniny (z odpowiednim mieszaniem), które rozprowadzają związki sodu w spoiwie i materiale węglowym.168,878 by weight, and preferably from about 0.5 to 7 weight percent. Although sodium carbonate (NcoCO ·?) Is the preferred source of sodium for use in the fuel blends of the invention, sodium compounds such as sodium acetate, sodium oxalate, sodium malate, etc. are also possible. Dry mixtures (with with appropriate mixing) that distribute the sodium compounds in the binder and carbon material.

Najbardziej zalecanym bezsodowym spoiwem dla mieszanek paliwowych według wynalazku jest alginian amonu HV otrzymywany z Kelco co. z San Diego, CA. Inne użyteczne spoiwa bezsodowe obejmują żywice polisaharydowe, takie jak wydzieliny roślinne typu gumy tragakantowej, Karąja, Ghatti, i ekstrakty roślinne takie jak pektyna, arabinoglaktana, mąka z nasion roślinnych, nasion grochodrzewu, guar, alginiany, karragen, furcellaran, skrobia zbożowa, kukurydza, pszenica, ryż, kukurydza woskowata, sorgo włoskowate, skrobia bulw ziemniaków, maranta, tapioka, żywice fermentacji mikrobowej, ksantan i dekstran, zmodyfikowane żywice obejmujące pochodne celulozy, metylocelulozę, karboksymetylocelulozę, hydroksypropyloceluiozę itp.The most preferred sodium-free binder for the fuel blends of the present invention is HV ammonium alginate obtained from Kelco co. of San Diego, CA. Other useful sodium-free binders include polysaharide resins such as plant exudates like gum tragacanth, Karąja, Ghatti, and plant extracts such as pectin, arabinoglactan, vegetable seed flour, pea seed flour, guar, alginates, carrageenan, furcellaran, corn starch, wheat, rice, waxy maize, capricorn sorghum, potato tuber starch, arrowroot, tapioca, microbial fermentation resins, xanthan and dextran, modified resins including cellulose derivatives, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, etc.

Zalety mieszanki paliwowej według wynalazku zostaną zilustrowane w odniesieniu do następujących przykładów, które pomogą w zrozumieniu wynalazku, ale które nie mają być zinterpretowane jako jego ograniczenie. Wszystkie podane tutaj procenty, chyba że wyszczególniono inaczej, są procentami wagowymi. Wszystkie temperatury są wyrażone w stopniach Celsjusza.The advantages of the fuel blend according to the invention will now be illustrated with reference to the following examples, which will aid the understanding of the invention but which are not to be construed as limiting it. All percentages given herein, unless otherwise specified, are percentages by weight. All temperatures are expressed in degrees Celsius.

Przykład I. Wyprodukowano sześć zestawów elementów paliwowych, w których do wytłaczanej mieszanki dodawano różne poziomy węglanu sodu.EXAMPLE 1 Six sets of fuel elements were manufactured in which different levels of sodium carbonate were added to the extruded blend.

Elementy paliwowe wyprodukowano z mieszanki zawierającej 90% wagowych zwęglonej miazgi twardego drewna Krafta, o średnim rozmiarze cząstek 12 mikronów (jak zmierzono przy użyciu Microtraca) i 10% spoiwa zawierającego alginian amonu Kelco HV. Ta mieszanka proszku węglowego i spoiwa była zmieszana razem z wodnymi roztworami węglanu sodu o różnym stężeniu, aby otrzymać wytłaczane mieszaniny, z których otrzymano elementy paliwowe w ich końcowym kształcie. Do każdej mieszanki dodano około 30% wagowych każdego roztworu Na2CO3 by otrzymać rozmaite wytłoczone mieszanki.The fuel elements were produced from a blend of 90 wt% Kraft hardwood charcoal pulp, an average particle size of 12 microns (as measured by Microtraca) and 10% Kelco HV ammonium alginate binder. This blend of carbon powder and binder was mixed together with aqueous sodium carbonate solutions of various concentrations to obtain extruded mixtures from which the fuel elements were obtained in their final shape. About 30% by weight of each Na2CO3 solution was added to each blend to obtain a variety of extruded blends.

Węgiel z miazgi twardego drewna przygotowano przez zwęglenie beztalkowego papieru z twardego drewna firmy Grand Prairie Canadian Kraft pod przykryciem z azotu, zwiększając stopniowo temperaturę dla zminimalizowania utleniania papieru do końcowej temperatury zwęglania wynoszącej przynajmniej 750°C. Otrzymany materiał węglowy był chłodzony azotem do temperatury niższej niż około 35°C, a następnie rozdrabniany na drobny proszek o średnim rozmiarze średnicy cząstek wynoszącym około 12 mikronów.Hardwood pulp charcoal was prepared by charring Grand Prairie Canadian Kraft hardwood non-talc paper under a nitrogen blanket, gradually increasing the temperature to minimize the oxidation of the paper to a final charring temperature of at least 750 ° C. The resulting carbon material was quenched with nitrogen to a temperature of less than about 35 ° C and then ground to a fine powder with an average particle size diameter of about 12 microns.

Stężenia roztworów Na2CO3 użytych do tworzenia mieszanek według wynalazku były następujące: (a) 0%, kontrolne, (b) 0,5%, (c) 1,0%, (d) 3,0%, (e) 0,5% i (f) 7,0% wagowych węglanu sodu w wodzie. Mieszanka paliwowa według wynalazku była wytłaczana przy użyciu wytłaczarki suwakowej, dając pręciki paliwowe o sześciu równo rozmieszczonych obwodowych przelotach w formie szczelin lub rowków, z których każdy miał głębokość około 0,089 mm i szerokość około 0,068 mm. Konfiguracja przelotów (szczelin), które rozciągają się podłużnie wzdłuż obwodu elementu paliwowego jest przedstawiona na fig. 1A. Po wytłoczeniu, mokre pręciki paliwowe były suszone do poziomu wilgotności około 4,0%. Otrzymane suche pręciki były cięte na odcinki długości 10 mm, dając w ten sposób elementy paliwowe.The concentrations of the Na2CO3 solutions used to create the mixtures of the invention were as follows: (a) 0%, control, (b) 0.5%, (c) 1.0%, (d) 3.0%, (e) 0.5 % and (f) 7.0% by weight of sodium carbonate in water. The fuel blend of the invention was extruded using a ram extruder to give the fuel rods with six equally spaced circumferential passages in the form of slots or grooves each about 0.089 mm deep and about 0.068 mm wide. The configuration of the orifices (slots) that extend longitudinally along the circumference of the fuel element is shown in Fig. 1A. After extrusion, the wet fuel rods were dried to a moisture level of about 4.0%. The obtained dry rods were cut into 10 mm lengths, thus yielding the fuel elements.

Własności fizyczne wysuszonych i pociętych elementów paliwowych zawierających mieszankę paliwową według wynalazku, w zależności od stężenia dodawanego węglanu sodu, przedstawiono poniżej w tabeli 2.The physical properties of dried and cut fuel elements containing the inventive fuel blend, depending on the added sodium carbonate concentration, are shown in Table 2 below.

Przykład II. Elementy paliwowe z przykładu 1 poddano sprzężonej indukcyjnie plazmowo-atomowej spektroskopii emisyjnej (ICP-AES) dla określenia ich składu pierwiastkowego.Example II. The fuel elements of Example 1 were subjected to inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) to determine their elemental composition.

Tabela 3 przedstawia wyniki analizy ICP-AES sześciu różnych zestawów elementów paliwowych otrzymanych w przykładzie I. Z tabeli 3 wynika, że roztwory węglanu sodu powodują znaczne różnice poziomu sodu w mieszance węglowej elementów paliwowych zależnie od stężenia użytego roztworu, Zawartość sodu waha się od 1120 części na milion dlaTable 3 shows the results of the ICP-AES analysis of the six different sets of fuel elements obtained in Example I. Table 3 shows that sodium carbonate solutions cause significant differences in the sodium level in the carbon mix of the fuel elements depending on the concentration of the solution used.Sodium content ranges from 1120 parts per million for

168 878 kontrolnej (tj. właściwej) ilości go 17 420 części na milion gla elementów paliwowych z mieszanką zawierającą alginian amonu, wyprogukowaną przy użyciu 7% roztworu węglanu soću.168,878 control (i.e., the correct amount) of 17,420 parts per million gla of fuel elements with a blend containing ammonium alginate, produced with a 7% sodium carbonate solution.

Tabela 2Table 2

Własności fizyczne elementu paliwowego Dodatek węglanu soddPhysical properties of the fuel element Addition of sodium carbonate

Stężenie roztworu Solution concentration 0% 0% 0,5 0.5 1,0% 1.0% 3,0% 3.0% 5,0% 5.0% 7,0% 7.0% Średnica (wew) Diameter (inside) 0,176 0.176 0,173 0.173 0,174 0.174 0,174 0.174 0,175 0.175 0,172 0.172 Waga sucha (mg) Dry weight (mg) 111,94 111.94 108,96 108.96 107,12 107.12 106,95 106.95 110,82 110.82 114,77 114.77 24°C/40% wilgotność 24 ° C / 40% humidity 4,27 4.27 - - 3,93 3.93 3,92 3.92 4,09 4.09 4,46 4.46 Długość (mm) Length (mm) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Wilgotność zmierzona po poddaniu warunkom 24°C i 40% względnej wilgotności w ciągu 4 dniMoisture measured after exposure to 24 ° C and 40% relative humidity for 4 days

Tabela 3Table 3

Analiza ICP-AES elementów paliwowych Wpływ węglanu sodu Roztwory podczas obróbkiICP-AES analysis of fuel elements. Effect of sodium carbonate. Solutions during treatment

0% 0% 0,5% 0.5% 1,0% 1.0% 3,0% 3.0% 5,0% 5.0% 7,0% 7.0% Pierwiastek Element cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm cz.nm. part nm Al Al 276 276 221 221 173 173 161 161 183 183 126 126 Ba Ba 14 14 13 13 12 12 12 12 12 12 11 11 Ca Ca 2317 2317 2200 2200 2120 2120 2084 2084 2038 2038 1978 1978 Cr Cr 25 25 13 13 13 13 12 12 11 11 11 11 Cu Cu 1 1 0,9 0.9 0,9 0.9 0,7 0.7 0,8 0.8 0,7 0.7 Fe Fe 442 442 242 242 205 205 228 228 173 173 169 169 K K. 330 330 120 120 109 109 90 90 34 34 82 82 Mg Mg 653 653 613 613 608 608 583 583 560 560 536 536 Mn Me 7 7 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 Na On 1120 1120 2234 2234 3774 3774 8691 8691 13150 13150 17420 17420 Ni Ni 3 3 3 3 3 3 2 2 3 3 2 2 P P. 27 27 18 18 12 12 9 9 10 10 3 3 s s 270 270 267 267 211 211 208 208 229 229 211 211 Sr Sr 60 60 61 61 56 56 56 56 55 55 54 54 Zn Zn 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

cz.nm - części na milionBW - parts per million

Przykład III. Przeprowagzono testy palności różnych elementów paliwowych otrzymanych w przykłagzie I przy użyciu maszyny spalającej, sterowanej komputerem, oraz tłoka powietrznego.Example III. Flammability tests were carried out on the various fuel elements obtained in camp I using a computer-controlled combustion machine and an air piston.

Pogczas testowania element paliwowy umieszczany w pustej kapsule aluminiowej, która była następnie otaczana koszulką izolacyjną ze szkła-C. Następnie zestaw ten umieszczono w ramieniu, które było wprowagzone go płomienia propanowego przez tłok sterowany komputerem na 2,4 sek. Zaciągnięcia się na 50 cm³ przez 2 sek. gokonywano, ggy element paliwowy znajgował się w płomieniu. Następnie tłok · wyciągał zestaw z płomienia i wykonywano grugie zaciągnięcie się na 50 cm3.During testing, the fuel element was placed in an empty aluminum capsule, which was then surrounded by a C-glass insulating jacket. Then the set was placed in the arm which was introduced into the propane flame by a piston controlled by a computer for 2.4 seconds. Puffs of 50 cm ³ for 2 sec. gokonywano, ggy fuel element was in the flame. Then the piston pulled the assembly out of the flame and a thick puff of 50cc was made.

Następnie kontrolowano pomiary temperatury elementu paliwowego przy użyciu zespołu kamer na pogczerwień (Heat Spy). Po wstępnych 2 zaciągnięciach wykonywano jeszcze 4 zaciągnięcia na 50 cm³ w zestawie, przy stałej kontroli temperatury elementu paliwowego.The temperature measurements of the fuel element were then monitored using a heat spy camera system. After the initial 2 puffs performed even puff 4 to 50 cm ³ in a set, at a constant temperature control of the fuel element.

Element paliwowy uważano za zapalony, jeśli po wszystkich 6 zaciągnięciach temperatura przegniej części wynosiła powyżej 200°C. Element paliwowy uważano za częściowoA fuel element was considered to be lit if the temperature of the hot end was above 200 ° C after all 6 puffs. The fuel element was considered partially

168 878 zapalony, jeśli temperatura przedniej części elementu paliwowego wynosiła powyżej 200°C po 6 zaciągnięciach. Element paliwowy uważano za nie zapalony kiedy miał temperaturę poniżej 200°C po 4 zaciągnięciach.168 878 On if the fuel element forward temperature was above 200 ° C after 6 puffs. The fuel element was considered unlit when it was below 200 ° C after 4 puffs.

Podczas testowania elementów paliwowych poddano testowi wszystkie 10 poziomów Na2CO3, by określić średnią zdolność do zapalania w każdej grupie.During testing of the fuel elements, all 10 levels of Na2CO3 were tested to determine the average ignitability of each group.

Odkryto, że elementy paliwowe zawierające mieszankę węglową z alginianem amonu, nie zawierające dodatkowego sodu w 100% przypadków nie zapalały się w warunkach testu. Użycie 1% roztworu węglanu sodu podczas mieszania składników mieszanki dawało 60% elementów paliwowych całkowicie zapalonych, 10% częściowo zapalonych i tylko 30% nie zapalonych w warunkach tego samego testu. Przy użyciu 30% roztworu węglanu sodu w mieszance, procent elementów paliwowych, które się nie zapalały spadł do 10%. Dalsze dodawanie węglanu sodu do mieszanki dawało zmniejszenie się zdolności do zapalania.It was found that fuel elements containing a carbon ammonium alginate blend with no additional sodium in 100% of the cases did not ignite under the test conditions. The use of a 1% sodium carbonate solution while mixing the blend components resulted in 60% of the fuel elements fully lit, 10% partially lit and only 30% unlit under the same test conditions. Using a 30% solution of sodium carbonate in the mixture, the percentage of fuel elements that did not ignite dropped to 10%. Further adding sodium carbonate to the blend resulted in a reduction in ignitability.

Z przykładu tego wynika, że dodatek sodu wprowadzony przez użycie wodnego roztworu węglanu sodu do mieszanki węglowej zapewnia ogromną poprawę zdolności do zapalania elementu paliwowego, jednakże wydaje się, że istnieje punkt, poza którym dalsze dodawanie sodu do mieszanki powoduje zmniejszanie się tendencji elementu paliwowego do zapalania.From this example it can be seen that the addition of sodium introduced by using aqueous sodium carbonate in the carbon blend provides a huge improvement in the ignitability of the fuel element, however there appears to be a point beyond which further adding sodium to the blend reduces the propensity of the fuel element to ignite. .

Według tych danych, optymalne dążenie roztworu węglanu sodu, dodawanego do mieszanki w celu poprawy zdolności do zapalania elementów paliwowych o wzorze szczelin jak na fig. 1A mieści się w zakresie 1-3%, co odpowiada zawartości sodu w mieszance, wynoszącej pomiędzy 3 800 - 8 700 części na milion.According to these data, the optimal aim of the sodium carbonate solution added to the blend to improve the ignitability of the fuel elements with a slot pattern as in Fig. 1A is in the range of 1-3%, which corresponds to a sodium content in the blend of between 3,800 - 8,700 parts per million.

W innym teście zdolności do zapalania, zmodyfikowany element paliwowy zawierający konwencjonalną mieszankę (mający wzór szczelin jak na fig. 1 A) był porównywany z elementami paliwowymi zawierającymi mieszankę według wynalazku. Element paliwowy z konwencjonalną mieszanką miał 10 mm długości i 4,5 mm średnicy i zawierał mieszankę 9 części węgla z twardego drewna, 1 części spoiwa SCMC, i 1% wagowego K2CO3, i był spiekany przed użyciem w temperaturze ponad 800°C przez 2 godziny w celu zwęglenia spoiwa oraz zredukowania lub wyeliminowania wszelkich składników lotnych.In another ignition ability test, a modified fuel element containing a conventional blend (having a slot pattern as in Fig. 1A) was compared to fuel elements containing a blend of the invention. The conventional blend fuel element was 10 mm long and 4.5 mm in diameter and comprised a blend of 9 parts hardwood carbon, 1 part SCMC binder, and 1% by weight K2CO3, and was sintered at over 800 ° C for 2 hours before use. to carbonize the binder and reduce or eliminate any volatile components.

Elementy paliwowe zawierające mieszankę według wynalazku, przygotowane jak w przykładzie I mające od około 3500 do około 9 000 części na milion sodu zapalały się niemal w 100% przypadków, podczas gdy elementy paliwowe z konwencjonalną mieszanką zapalały się w tylko od około 10 do około 25% przypadków.Fuel elements containing an inventive blend prepared as in Example 1 having from about 3500 to about 9,000 parts per million sodium ignited almost 100% of the time, while conventional fuel elements only ignited from about 10 to about 25%. cases.

Przykład IV. Poddano testowi tendencję do tlenia się elementu paliwowego opisanego w przykładzie I, zawierającego mieszankę według wynalazku, przez umieszczenie elementu paliwowego w pustej kapsule, zapalenie go, a następnie kontrolowanie utraty jego wagi jako wskaźnika, jak szybko element paliwowy będzie się spalał w trakcie tlenia. Daje to także względny pogląd na stopień kondukcyjnego przekazywania energii do kapsuły podczas tlenia.Example IV. The fuel element described in Example 1, containing the composition of the invention, was tested for smoldering tendency by placing the fuel element in an empty capsule, igniting it, and then controlling its weight loss as an indicator of how quickly the fuel element will burn while smoldering. It also gives a relative view of the degree of conduction energy transfer to the capsule during smoldering.

Elementy paliwowe zawierające mieszankę z alginianem amonu, nie zawierającą dodatkowego sodu, spalają się bardzo powoli podczas okresów tlenia. Dodanie sodu przyspiesza stopień spalania zależnie od ilości sodu dodanego do mieszanki.Fuel elements blended with ammonium alginate, with no added sodium, burn very slowly during smoldering periods. The addition of sodium will accelerate the combustion rate depending on the amount of sodium added to the mixture.

Ilość spalonego węgla zwiększała się gwałtownie aż do koncentracji około 3,0% roztworu węglanu sodu. Dalsze zwiększanie dodawanego sodu do mieszanki daje tylko nieznacznie większy stopień tlenia w porównaniu z mieszanką wykonaną z 3% roztworu.The amount of coal burned increased rapidly up to a concentration of about 3.0% sodium carbonate solution. Further increasing the added sodium to the blend gives only a slightly higher degree of oxygenation compared to a blend made with a 3% solution.

Dane te pokazują, żejest możliwe kontrolowanie stopnia tlenia się elementów paliwowych, a zatem ich kondukcyjnego przekazywania energii do kapsuły, przez kontrolowanie zawartości sodu w mieszance.These data show that it is possible to control the degree of smoldering of the fuel elements, and therefore their conduction energy transfer to the capsule, by controlling the sodium content of the mixture.

Przykład V. Elementy paliwowe z przykładu I poddano dalszej analizie obejmującej:Example 5 The fuel elements of Example 1 were further analyzed including:

(a) pomiar temperatury części przedniej elementu paliwowego, (b) pomiar temperatury części tylnej elementu paliwowego, (c) pomiar temperatury kapsuły, (d) pomiar temperatury aerozolu i (e) pomiar temperatury części podpalcowej.(a) measuring the forward end temperature of the fuel element, (b) measuring the back end temperature of the fuel element, (c) measuring the capsule temperature, (d) measuring the aerosol temperature, and (e) measuring the temperature of the finger portion.

Badania te prowadzono na bazie zaciągnięć raz za razem, stosując warunki palenia obejmujące zaciągnięcie się na 50 cm3 oraz czas 2 sek co 30 sek. Ta metoda testowania będzie określana poniżej jako test 50/30.These studies were carried out on a puff-by-puff basis using a smoking condition that included a 50cc puff and a duration of 2 sec every 30 sec. This test method will be referred to below as the 50/30 test.

168 878168 878

Na figurze 3 przedstawiono temperatury części przedniej palących się elementów paliwowych z przykładu 1 podczas zaciągania się. Temperatury te mierzono przy użyciu kamery na podczerwień Heat Spy, ustawionej naprzeciwko elementu paliwowego.Figure 3 shows the front end temperatures of the burning fuel elements of Example 1 during the puff. These temperatures were measured using a Heat Spy infrared camera facing the fuel element.

Jak przedstawiono na fig. 3 odczyty temperatur elementu paliwowego mieszczą się zasadniczo w jednej z dwóch grup. Element paliwowy z mieszanką nie posiadającą dodanego węglanu sodu (roztwór kontrolny - tj. 0% dodanego Na2CO3) wykazuje typowe zachowanie węglowego elementu paliwowego z mieszanką o spoiwie w 100% z alginianu amonu, tzn. temperatury zaciągnięcia się są o wiele wyższe od całkowitego rozkładu temperatur zaciągnięcia.As shown in Fig. 3, fuel element temperature readings fall substantially into one of two groups. A blend fuel element with no sodium carbonate added (control solution - i.e. 0% Na2CO3 added) shows the typical behavior of a carbon fuel element blended with 100% ammonium alginate, i.e. puff temperatures are much higher than the total temperature distribution puffs.

Przy niewielkich dodatkach węglanu sodu do mieszanki węglowej elementu paliwowego (tj. 0,5% do 1,0% roztwór Na2CO3) notuje się bardzo małą zmianę temperatur zaciągnięcia się w porównaniu z elementem kontrolnym. Jednakże, gdy do mieszanki elementów paliwowych zastosuje się 3,0% lub mocniejszy roztwór węglanu sodu, wówczas pojawia się ogromna różnica w temperaturach zaciągnięcia się. Temperatury zaciągnięcia się elementów paliwowych z mieszanką według wynalazku wykazują znaczny spadek w porównaniu z elementem kontrolnym i obserwujemy temperatury o wiele bardziej podobne do temperatur elementów paliwowych z mieszanką o spoiwie z SCMC.With small additions of sodium carbonate to the carbon mix of the fuel element (i.e. 0.5% to 1.0% Na2CO3 solution), very little change in puff temperature is noted compared to the control element. However, when a 3.0% or stronger sodium carbonate solution is used in the fuel element blend, there is a huge difference in puff temperatures. The puff temperatures of the fuel elements with the inventive blend show a significant decrease compared to the control element and we observe temperatures much more similar to the temperatures of the SCMC blended fuel elements.

Na figurze 4 przedstawiono temperatury tlenia się elementów paliwowych z mieszanką według wynalazku zmierzone 15 sek po zaciągnięciu. Dane te są identyczne temperaturami zaciągania, przedyskutowanymi powyżej w odniesieniu do fig. 3.Figure 4 shows the smoldering temperatures of the fuel elements with a blend according to the invention measured 15 seconds after the puff. These data are identical to the draw temperatures discussed above with reference to Figure 3.

Temperatury tlenia się elementów paliwowych z mieszanką wyższej zawartości sodu są niższe niż elementów z mieszanką o małej lub zerowej zawartości dodanego sodu. Jednakże należy zauważyć, iż pomimo niższych temperatur tlenia się, stopień tlenia jest w rzeczywistości większy, gdy występują wyższe poziomy sodu. W każdym momencie tlenia się spalaniu ulega większa ilość węgla, gdy do mieszanki elementu paliwowego doda się wysokie poziomy węglanu sodu, nawet jeżeli całkowita temperatura spalania jest niższa.The smoldering temperatures of fuel elements with a higher sodium blend are lower than those blended with little or no added sodium. However, it should be noted that, despite the lower smoldering temperatures, the degree of smoldering is actually greater when higher sodium levels are present. At any point in smoldering, more carbon is burned when high levels of sodium carbonate are added to the fuel element mix, even though the total combustion temperature is lower.

Na figurze 5 przedstawiono temperatury tylnych części spalanych elementów paliwowych z przykładu I, zmierzone przez włożenie cienkiej termoelektrody do kapsuły naprzeciw tylnej części elementu paliwowego. Otrzymane dane pokazują, że kontrolny element paliwowy z mieszanką bez dodanego sodu ma niższą temperaturę tylnej części (w przybliżeniu 40°C) przy większości zaciągnięć w porównaniu z takim samym typem elementu paliwowego zawierającego mieszankę z dodanym sodem. Wszystkie elementy paliwowe z mieszanką z dodanym sodem zachowują się w sposób mniej lub bardziej identyczny.Figure 5 shows the temperatures of the rear portion of the combusted fuel elements of Example 1 as measured by inserting a thin thermocouple into the capsule against the rear portion of the fuel element. The data obtained show that the control fuel element with a sodium-free blend has a lower rear end temperature (approximately 40 ° C) for most puffs compared to the same type of sodium blend fuel element. All fuel elements mixed with added sodium behave in a more or less identical manner.

Na figurze 6 przedstawiono temperatury ścian kapsuły, zmierzone w punkcie odległym o 11 mm od przzdniego koóńa elemennu paliwowego.Figure 6 shows the capsule wall temperatures measured at a point 11 mm from the leading end of the fuel element.

W tej analizie, glemgnty paliwowe były umieszczane w kapsule aluminiowej o wymiarach 30 mm x 4,5 mm (śred. wew.), wypełnionej do głębokości 25 mm zmarumeryzowanym substratem tytomowym -(patrz opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 893 639) i ta mieszanka była zawijana w koszulkę izolacyjną ze szkła-C.In this analysis, the fuel plugs were placed in a 30mm x 4.5mm (ID) aluminum capsule filled to a depth of 25mm with a marumerized titomite substrate - (see U.S. Patent No. 4,893,639) and the blend was wrapped in a C-glass insulating jacket.

Pomiaru temperatury dokonywano przez umieszczenie cienkiej termoglgktzody przechodzącej przez koszulkę w punkcie gdzie koniec tgπeoelg0t.rony dotykał kapsuły. Otwór do wprowadzania był zatykany przed zapaleniem środkiem uszczelniającym. Na fig. 6 pokazano, że kontrolne elementy paliwowe z konwencjonalną mieszanką dają temperaturę w kapsule, która jest znacznie niższa niż obserwowana kiedy używa się elementów paliwowych zawierających mieszankę z dodatkami sodu.The temperature was measured by placing a thin thermoglycotte passing through the sheath at the point where the end of the tgπeoelg0t of the hand touched the capsule. The insertion opening was plugged with sealant prior to ignition. Fig. 6 shows that the control fuel elements with the conventional blend result in a capsule temperature that is significantly lower than that observed when using fuel elements containing blend with sodium additives.

Elementy paliwowe zawierające mieszankę, w której wprowadzono sód w postaci wodnych roztworów Na2CO3 o stężeniach wahających się od 1,0%-5,0% węglanu sodu, powodowały temperaturę kapsuły około 50°C wyższą niż w przypadku mieszanki konwencjonalnej (0% dodatku). Ten fakt wspiera hipotezę, że szybszy stopień spalania elementów paliwowych zawierających mieszankę z sodem doprowadza więcej ciepła kondukcyjnego do kapsuły i dlatego bardziej korzystnie utrzymuje temperaturę papierosa niż element paliwowy zawierający mieszankę o spoiwie z SCMC.The fuel elements containing the mixture in which sodium was introduced in the form of aqueous Na2CO3 solutions with concentrations ranging from 1.0% -5.0% sodium carbonate caused the capsule temperature about 50 ° C higher than that of the conventional mixture (0% additive). This fact supports the hypothesis that the faster burn rate of the sodium blend fuel elements provides more conduction heat to the capsule and therefore maintains the cigarette temperature more preferably than the SCMC blend fuel element.

Na figurze 7 przedstawiono wykres temperatur gazu wychodzącego w tylnej części kapsuł. W tej analizie elementy paliwowe były ponownie umocowane w aluminiowej kapsule o wymiarach 30 mm x 4,5 mm (śred. wew.), wypełnionej do głębokości 25 mm zmarumeryzowa12Figure 7 is a graph of the leaving gas temperatures at the back of the capsules. In this analysis, the fuel elements were re-mounted in a 30 mm x 4.5 mm (ID) aluminum capsule, filled to a depth of 25 mm with marumerization12

168 878 nym substratem tytoniowym (opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 893 639) i ta mieszanka była zawijana w koszulkę izolacyjną ze szkła-C.168,878 with a tobacco substrate (U.S. Patent No. 4,893,639) and this blend was wrapped in a C-glass insulating jacket.

Ogólnie można stwierdzić, że dodanie węglanu sodu do mieszanki węglowej elementów paliwowych powoduje wzrost temperatury aerozolu obecnego w kapsule. Wyższe poziomy sodu powodują wzrost temperatury aerozolu o około 20°C w porównaniu z mieszanką konwencjonalną.Overall, it can be stated that adding sodium carbonate to the carbon mixture of the fuel elements increases the temperature of the aerosol present in the capsule. Higher levels of sodium increase the temperature of the aerosol by about 20 ° C compared to the conventional blend.

Przykład VI. Papierosy, zasadniczo jak przedstawiono na fig. 1, wykonywano z elementów paliwowych z przykładów I-V przy użyciu następujących części składowych:Example VI. Cigarettes, substantially as shown in Figure 1, were made from the fuel elements of Examples 1-5 using the following components:

- kapsuła aluminiowa o długości 30 mm ze szczelinami, wypełniona do głębokości 25 mm zgęszczonym (tj zmarumeryzowanym) substratem tytoniowym,- an aluminum capsule 30 mm long with slots, filled to a depth of 25 mm with a dense (i.e., marumerized) tobacco substrate,

- koszulki izolacyjne elementu paliwowego o długości 15 mm ze szkła -C,- 15 mm long insulating sleeves of the fuel element made of -C glass,

- zwój tytoniu o długości 22 mm wokół kapsuły i- a 22 mm long roll of tobacco around the capsule i

- ustnik złożony z odcinka o długości 20 mm i szerokości 100 mm czerpanego papieru tytoniowego i 20 mm polipropylenowego materiału filtracyjnego.- a mouthpiece composed of a 20 mm long and 100 mm wide section of handmade tobacco paper and 20 mm of polypropylene filter material.

Przygotowanie substratuPreparation of the substrate

Substratem był zgęszczony (lub zmarumeryzowany) tytoń wytworzony przez wytłaczanie pasty tytoniu i gliceryny na szybko obracający się dysk, co powodowało powstawanie małych, w przybliżeniu sferycznych kulek materiału substratowego. Proces ten jak również odpowiednie urządzenie są przedstawione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 893 639.The substrate was thickened (or marumerized) tobacco made by extruding a paste of tobacco and glycerin onto a rapidly rotating disk, resulting in the formation of small, approximately spherical spheres of substrate material. This process as well as the corresponding apparatus is disclosed in US Patent No. 4,893,639.

Kapsuła aluminiowaAluminum capsule

Wydrążoną kapsułę aluminiową wykonano w procesie ciągnięcia metalu. Kapsuła miała długość około 30 mm, zewnętrzną średnicę około 4,6 mm i wewnętrzną średnicę około 4,4 mm Jeden koniec kapsuły był otwarty, zaś drugi był zatkany za wyjątkiem dwóch szczelinowych otworów o rozmiarach 0,65 mm na 3,45 mm i oddzielonych o około 1,14 mm.The hollow aluminum capsule is made by a metal pulling process. The capsule was about 30 mm long, an outer diameter of about 4.6 mm, and an inner diameter of about 4.4 mm. One end of the capsule was open and the other end was plugged except for two slotted holes of 0.65 mm by 3.45 mm and separated by by about 1.14 mm.

Kapsuła wypełniona była zgęszczonym substratem tytoniowym do głębokości około 25 mm. Następnie element paliwowy był umieszczony w otwartym końcu kapsuły na głębokość około 3 mm. Element paliwowy wystawał około 7 mm poza otwarty koniec kapsuły.The capsule was filled with the compacted tobacco substrate to a depth of about 25 mm. The fuel element was then placed into the open end of the capsule to a depth of approximately 3 mm. The fuel element extended approximately 7 mm beyond the open end of the capsule.

Koszulka izolacyjnaInsulating sleeve

Rura plastikowa o długości 15 mm i średnicy 4,5 mm zawijana jest w materiał koszulki izolacyjnej, która ma również 15 mm długości. W tych wykonaniach papierosów, koszulka izolacyjna złożona jest z jednej warstwy maty ze szkła-C Owens-Corning, grubości 2 mm przed sprasowaniem w maszynie tworzącej koszulkę. Ostateczna średnica plastikowej rurki koszulki przynosiła około 7,5 mm.A plastic pipe 15 mm long and 4.5 mm in diameter is wrapped in the material of an insulating jacket, which is also 15 mm long. In these cigarette embodiments, the insulating jacket is assembled from a single layer of Owens-Corning C-glass mat, 2mm thick, prior to being compressed in a shirt-forming machine. The final diameter of the sheath plastic tube was about 7.5 mm.

Zwój tytoniuA roll of tobacco

Zwój tytoniu złożony z objętościowo rozszerzonej mieszanki wypełniacza tytoniu orientalnego i gatunku Burley oczyszczonego ze spalin zawijany jest w papier oznaczony jako P1487-125 z Kimberly-Clark Corp., tworząc w ten sposób zwój tytoniu o średnicy około 7,5 mm i długości około 22 m.A tobacco roll composed of a volumetric blend of oriental tobacco filler blend and flue-gas-cleaned Burley is wrapped with paper designated P1487-125 from Kimberly-Clark Corp., thereby forming a tobacco roll approximately 7.5 mm in diameter and approximately 22 m long. .

Zespółprzedniego końcaFront end syndrome

Odcinek koszulki izolacyjnej i pręt tytoniowy połączono razem zwojem papieru oznaczonym jako P2674-190 z Kimberly-Clark Corp., który otacza tytoń, odcinek szklanej koszulki jak również długość zwoju tytoniu. Koniec ustnikowy zwoju tytoniu jest przewiercany, by utworzyć podłużny przelot o średnicy około 4,6 mm. Końcówka wiertła jest ukształtowana tak, aby wejść i zaczepić o plastikową tubę koszulki izolacyjnej. Zestaw ten jest wsuwany przez przedni koniec złożonej koszulki izolacyjnej i zwoju tytoniu równocześnie z wyciąganiem wiertła i zaczepionej plastikowej rurki z części ustnikowej zwoju. Wsuwany zespół jest wkładany, aż zapalany koniec elementu paliwowego znajdzie się w jednej płaszczyźnie z przednim końcem koszulki izolacyjnej. Ostateczna długość otrzymanego zespołu poprzedniego końca wynosi około 37 mm.The insulation sheath section and the tobacco rod are bonded together with a web of paper labeled P2674-190 from Kimberly-Clark Corp. that surrounds the tobacco, a section of glass sheath as well as the length of the tobacco web. The mouth end of the tobacco roll is drilled to form an elongated passage approximately 4.6 mm in diameter. The tip of the drill bit is shaped to enter and catch on the plastic tube of the insulating jacket. The assembly is inserted through the front end of the folded insulating jacket and the tobacco roll simultaneously with the extraction of the drill bit and the engaged plastic tube from the mouthpiece of the roll. The slide-on assembly is inserted until the ignited end of the fuel element is flush with the front end of the insulating jacket. The final length of the previous end assembly obtained is approximately 37 mm.

UstnikMouthpiece

Ustnik obejmuje długi na 20 mm cylindryczny segment luźno zebranego papieru tytoniowego i długi na 20 mm cylindryczny segment zebranej rolki nietkanego, wydmuchiwanego polipropylenu, z których każdy zawiera zewnętrzny zwój papieru. Każdy z tychThe mouthpiece includes a 20 mm long cylindrical segment of a loosely gathered tobacco paper and a 20 mm long cylindrical segment of a collected roll of non-woven blown polypropylene, each containing an outer web of paper. Each of these

168 878 segmentów ma dalej podzielone pręty, wytworzone przy użyciu urządzenia opisanego w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 807 809.The 168,878 segments have further sub-spars manufactured using the apparatus described in U.S. Patent No. 4,807,809.

Pierwszy segment ma około 7,5 mm średnicy i wykonany jest z luźno zebranej roli papieru tytoniowego dostępnego jako P 1440-GNA z Kimberly-Clark Corp^która jest otoczona papierowym zwojem zatyczkowym dostępnym jako P 1487-184-2 z Kimberly-Clark Corp.The first segment is approximately 7.5 mm in diameter and is made of a loosely gathered roll of tobacco paper available as P 1440-GNA from Kimberly-Clark Corp. which is surrounded by a paper stopper reel available as P 1487-184-2 from Kimberly-Clark Corp.

Drugi segment ma około 7,5 mm średnicy i wykonany jest z zebranej roli nietkanego polipropylenu dostępnego jako PP-100 z Kimberly-Clark Corp., który jest otoczony przez papierowy zwój zatyczkowy dostępny jako P1487-184-2 z Kimberly-Clark Corp.The second segment is approximately 7.5 mm in diameter and is made of a harvested web of non-woven polypropylene available as PP-100 from Kimberly-Clark Corp. which is surrounded by a paper stopper roll available as P1487-184-2 from Kimberly-Clark Corp.

Te dwa segmenty są położone współosiowo, przylegają do siebie końcami i są połączone przez otoczenie długości każdego z segmentów papierowym zwojem dostępnym jako L-1377-196F z Simpson Paper Company, Wicksburg, Michigan. Długość ustnika wynosi około 40 mm.The two segments are coaxial, adjoining end to end, and are connected by surrounding the length of each of the segments with a paper roll available as L-1377-196F from Simpson Paper Company, Wicksburg, Michigan. The length of the mouthpiece is approximately 40 mm.

Końcowy zespół papierosaEnd cigarette assembly

Przedni koniec zespołu jest położony współosiowo i styka się końcem z ustnikem tak, że koniec ze zbiornikiem zespołu przedniego końca sąsiaduje z segmentem zebranego papieru tytoniowego ustnika. Zespół przedniego końca połączony jest z ustnikiem przez otoczenie długości ustnika i 5 mm długości zespołu przedniego końca sąsiadującego z ustnikiem papierem wierzchnim.The front end of the assembly is coaxial and abutting the mouthpiece end such that the reservoir end of the front end assembly is adjacent to a segment of the collected tobacco paper of the mouthpiece. The front end assembly is connected to the mouthpiece by surrounding the length of the mouthpiece and the 5 mm length of the front end assembly adjacent the mouthpiece with cover paper.

Końcowe kondycjonowanieFinal conditioning

Wszystkie ukończone papierosy były kondycjonowane od 4-5 dni w 24°C i względnej wilgotności wynoszącej 40% przed zapaleniem.All finished cigarettes were conditioned for 4-5 days at 24 ° C and 40% relative humidity before lighting.

UżytekUse

W użyciu, palacz zapala element paliwowy zapalniczką element paliwowy pali się. Palacz umieszcza ustnik papierosa w ustach i zaciąga się papierosem. Widoczny aerozol o aromacie tytoniu wciągany jest do ust palacza.In use, the smoker ignites the fuel element with the cigarette lighter. The smoker places the mouthpiece of the cigarette in his mouth and puffs on the cigarette. A visible tobacco-flavored spray is sucked into the smoker mouth.

Przykład VII. Podobnie jak elementy paliwowe z przykładu I papierosy z przykładu VI były również poddane szczególnej analizie obejmującej:Example VII. Like the fuel elements of Example 1, the cigarettes of Example 6 were also subjected to a specific analysis including:

(a) pomiar temperatury gazu wychodzącego z kapsuły, (b) pomiar temperatury podpalcowej części ustnika, (c) pomiar wydajności CO/CO2, (d) pomiar całkowitych wydzielonych kalorii, (e) pomiar spadku ciśnienia przy zapaleniu, (f) pomiar gęstości aerozolu przy zaciąganiu raz za razem, (g) pomiar całkowitej wydajności aerozolu, (h) pomiar wydajności gliceryny przy zaciąganiu raz za razem, (i) pomiar całkowitej wydajności gliceryny, (j) pomiar wydajności nikotyny przy zaciąganiu raz za razem, (k) pomiar całkowitej wydajności nikotyny.(a) measurement of the temperature of the gas exiting the capsule, (b) measurement of the temperature of the calf part of the mouthpiece, (c) measurement of CO / CO2 efficiency, (d) measurement of total calories released, (e) measurement of pressure drop on ignition, (f) measurement of density aerosol efficiency when puffing repeatedly, (g) measuring total aerosol efficiency, (h) measuring glycerin efficiency when puffing repeatedly, (i) measuring total glycerin efficiency, (j) measuring nicotine efficiency when puffing repeatedly, (k) measurement of total nicotine efficiency.

Badania te prowadzono na bazie zaciągań raz za razem przy użyciu jednego (lub obydwu) typów warunków palenia, (1) opisany powyżej test 50/30 i (2) warunki palenia FTC ((objętość zaciągnięcia: 35 cm³, czas trwania zaciągnięcia 2 sek., odstęp 58 sekund na tlenie się).These studies were conducted on a puff-by-puff basis using one (or both) types of smoking conditions, (1) the 50/30 test described above, and (2) FTC smoking conditions ((puff volume: 35 cm ³ , duration of puff 2 sec). ., 58 seconds interval for smoldering).

Wykresy temperatury gazu wychodzącego z ustników papierosów z przykładu VI przedstawiono na fig. 8. Temperatury aerozolu wszystkich próbek wynoszą około 40°C lub mniej, zależnie od liczby zaciągnięć. Na fig. 8 jednak pokazano, że dodanie węglanu sodu do mieszanki według wynalazku daje wyższe temperatury aerozolu w późniejszych zaciągnięciach się w porównaniu z mieszanką kontrolną.Graphs of gas exiting the mouthpieces of Example 6 are shown in Figure 8. The aerosol temperatures of all samples are about 40 ° C or less, depending on the number of puffs. However, Figure 8 shows that the addition of sodium carbonate to the inventive blend results in higher aerosol temperatures in later puffs compared to the control blend.

Wykresy różnych temperatur części podpalcowej papierosów przykładu VI przedstawiono na fig.9. Temperatura części podpalcowej mierzona jest przez umieszczanie cienkiej termoelektrody na ustniku papierosa w punkcie podległym około 20 mm od ustnika filtra. Na fig. 9 pokazano, że temperatura części podpalcowych rośnie wraz ze wzrostem stężenia roztworu sodu do poziomu 3%. Wyższe poziomy węglanu sodu powodują zmniejszanie się temperatury części podpalcowej. Wszystkie wartości temperatury części podpalcowej przedstawione na fig. 9 są znacznie niższe w porównaniu z typowymi wartościami zmierzonymi wynoszącymi około 75°C w mieszance kontrolnej.Graphs of the various temperatures of the backside of Example 6 cigarettes are shown in Figure 9. The temperature of the finger portion is measured by placing a thin thermocouple on the cigarette's mouthpiece at a point approximately 20 mm from the filter mouthpiece. Fig. 9 shows that the temperature of the finger portions increases with increasing sodium concentration to 3%. Higher levels of sodium carbonate tend to decrease the temperature of the forefoot. All the temperatures of the finger portion shown in Fig. 9 are significantly lower compared to the typical values measured at about 75 ° C in the control mix.

168 878168 878

Wydajność CO/CO2 papierosów z przykładu VI, zawierających mieszankę różnych poziomach węglanu sodu, była mierzona zarówno na bazie zaciągania się raz za razem w warunkach zaciągania się testu 50/30 jak i standardowej metody FTC.The CO / CO2 yield of the Example 6 cigarettes, containing a blend of different levels of sodium carbonate, was measured from both the puff under 50/30 puff conditions and the standard FTC method.

Podsumowanie testów 50/30 zawartości CO i odpowiedniego testu FTC wydajności CO podano poniżej w tabeli 4. W tej tabeli pokazano, że wydajność CO przy teście FTC jest względnie niska.A summary of the 50/30 CO content tests and the corresponding CO performance FTC test is given below in Table 4. This table shows that the CO performance with the FTC test is relatively low.

Tabela 4Table 4

Wydajności CO przy teście FTC i 50/30 na jedno zaciągnięcieCO yields based on FTC and 50/30 test per puff

% dodanego roztworu Na2<CO3 % % of added Na2 solution <CO3% — Zawartość Na (cz. na milion) - Na content (parts per million) 50/30 (CO) (mg) 50/30 (CO) (mg) FPC (CO) (mg) FPC (CO) (mg) 0,0 0.0 1120 1120 14,8 14.8 5,4 5.4 0,5 0.5 2234 2234 18,3 18.3 6,4 6.4 1,0 1.0 3774 3774 21,0 21.0 7,6 7.6 3,0 3.0 8691 8691 21,1 21.1 9,1 9.1 5,0 5.0 13150 13150 22,5 22.5 9,7 9.7 7,0 7.0 17420 17420 24,1 24.1 10,0 10.0

Podobne podsumowanie zarówno testu 50/30 jak i testu FTC wydajności CO2 podano w tabeli 5.A similar summary of both the 50/30 test and the FTC CO2 performance test is provided in Table 5.

Tabela 5Table 5

Wydajność CO2 w teście FTC i 50/30 na jeden papierosCO2 performance in FTC and 50/30 test per cigarette

% dodanego roztworu Na2CO3 % % Na2CO3% solution added Zawartość Na (cz. na milion) Na content (parts per million) 50/30 (CO2) (mg) 50/30 (CO2) (mg) FTC (CO2) (mg) FTC (CO2) (mg) 0,0 0.0 1120 1120 56,0 56.0 22,1 22.1 0,5 0.5 2234 2234 62,1 62.1 24,6 24.6 1,0 1.0 3774 3774 61,7 61.7 24,7 24.7 3,0 3.0 8691 8691 58,4 58.4 23,9 23.9 5,0 5.0 13150 13150 54,5 54.5 21,8 21.8 7,0 7.0 17420 17420 54,7 54.7 21,4 21.4

Przedstawione powyżej wydajności CO/CO2 mogą być użyte do obliczenia zarówno wydajności przy zaciąganiu się raz za razem jak i całkowitych wydajności konwekcyjnej energii cieplnej wytworzonej przez elementy paliwowe zawierające mieszankę według wynalazku. Na fig. 10 przedstawiono krzywe kalorii przy zaciąganiu raz za razem, wytwarzanych przez różne elementy paliwowe z mieszanką według wynalazku, testu palenia 50/30. Na fig. 10 pokazano, że podanie węglanu sodu do mieszanki powoduje wzrost energii konwekcyjnej szczególnie podczas pierwszych 8 zaciągnięć.The CO / CO2 yields shown above can be used to calculate both the puff efficiency and the total convective thermal energy efficiency produced by the fuel elements containing the inventive blend. Figure 10 shows the curves of the puff calories repeatedly produced by different fuel elements with the inventive blend of the 50/30 Burn Test. Figure 10 shows that adding sodium carbonate to the blend increases convection energy especially during the first 8 puffs.

Całkowite wydzielone kalorie z elementów paliwowych w warunkach spalania testu 50/30 i FTC podsumowano w tabeli 6.The total calories released from the fuel elements under the combustion conditions of the 50/30 test and FTC are summarized in Table 6.

Tabela 6Table 6

Wydajność kalorii w teście FTC i 50/30Calorie performance on the FTC and 50/30 test

% dodanego roztworu Na2CO3 % % Na2CO3% solution added Zawartość Na (cz. na milion) Na content (parts per million) Kalorie Test 50/30 Calories Test 50/30 Kalorie Test FTC Calories Test FTC 0,0 0.0 1120 1120 117,3 117.3 52,4 52.4 0,5 0.5 2234 2234 148,0 148.0 58,6 58.6 1,0 1.0 3774 3774 153,5 153.5 60,0 60.0 3,0 3.0 8691 8691 143,9 143.9 59,7 59.7 5,0 5.0 13150 13150 139,3 139.3 55,8 55.8 7,0 7.0 17420 17420 138,2 138.2 55,2 55.2

168 878168 878

Na figurze 11 przedstawiono spadki ciśnienia po zapaleniu papierosa podczas palenia w warunkach palenia testu 50/30. Na fig. 11 pokazano, że wszystkie testowane papierosy z przykładu 6 wykazały spadki ciśnienia przy zapalaniu poniżej 500 mm H2O. Dodatek węglanu sodu do mieszanki według wynalazku powodował wzrost spadków ciśnienia przy zapalaniu do 100 mm H2O zależnie od poziomu dodanego węglanu sodu w porównaniu z mieszanką konwencjonalną.Figure 11 shows the pressure drop after lighting a cigarette during smoking under the smoking conditions of the 50/30 test. Figure 11 shows that all tested cigarettes of Example 6 exhibited ignition pressure drops below 500 mm H2O. The addition of sodium carbonate to the inventive blend increased the pressure drop on ignition to 100 mm H 2 O depending on the level of added sodium carbonate compared to the conventional blend.

Tabela 7 przedstawia porównanie własności trzech papierosów identycznych poza tym, że do produkcji mieszanek elementów paliwowych tych papierosów użyto trzech różnych spoiw, (1) SCMC (bez dodanego Na), (2) alginianu amonu (bez dodanego Na), (3) alginianu amonu z dodanym 3% roztworem Na2CO3 (wynalazek).Table 7 compares the properties of three identical cigarettes except that three different binders were used to produce the fuel element blends of these cigarettes, (1) SCMC (no Na added), (2) ammonium alginate (no Na added), (3) ammonium alginate with a 3% Na2CO3 solution added (invention).

Dostrzec można różnicę spalania tych trzech papierosów.You can see the difference in burning these three cigarettes.

Tabela 7Table 7

Porównanie własności papierosów wykonanych z elementami paliwowymi zawierającymi mieszankę o spoiwach z (1) czystego SCMC, (2) czystego alginianu amonu i (3) alginianu amonu zmieszanego z 3% roztworem Na2CO3Comparison of the properties of cigarettes made with fuel elements containing a mixture of binders of (1) pure SCMC, (2) pure ammonium alginate and (3) ammonium alginate mixed with a 3% Na2CO3 solution

Cecha Feature Czyste SCMC Clean SCMC Czysty alginian amonu Pure ammonium alginate Alginian amonu + 3,0% Na2CO3 Ammonium alginate + 3.0% Na2CO3 Szczyt, temp. zac. (°C) Peak, terminal temp. (° C) 930 930 885 885 885 885 Temp. cz. tylnej (°C) Temp. part rear (° C) 440 440 240 240 260 260 Temp. kapsuły w 11 mm (°C) Temp. capsules at 11 mm (° C) 202 202 163 163 204 204 Kapsuła EGT (°C) EGT capsule (° C) 132 132 57 57 78 78 MEPEGT (°C) MEPEGT (° C) 37 37 37 37 42 42 Temp. cz. pod pale. (°C) Temp. part under piles. (° C) 47 47 40 40 46 46 Wydaj. Co test FTC (mg) Issue What FTC test (mg) 7,7 7.7 5,4 5.4 9,1 9.1 Wydaj. CO2 test FTC (mg) Issue CO2 FTC test (mg) 31,7 31.7 22,1 22.1 23,9 23.9 Wydaj. Co test 50/30 (mg) Issue What test 50/30 (mg) 19,5 19.5 14,8 14.8 21,4 21.4 Wydaj. CO2 50/30 (mg) Issue CO2 50/30 (mg) 72,2 72.2 56,0 56.0 57,8 57.8 Kalorie zac. się (Cal.) Calories cal. myself (Cal.) 172,7 172.7 117,3 117.3 143,8 143.8 Strata po 5 min tlenia (mg) Loss after 5 min of smoldering (mg) 62,3 62.3 21,9 21.9 56,0 56.0 % nie zapalonych % not lit 40 40 100 100 10 10

EGT = Temperatura gazu wychodzącegoEGT = Outgoing gas temperature

Gęstości aerozolu przy zaciąganiu raz za razem papierosami z przykładu VI zawierającymi elementy paliwowe z mieszankami o różnych poziomach węglanu sodu otrzymywano przez spalanie papierosów w maszynie palącej w warunkach spalania testu 50/30. Gęstość aerozolu z ustnika mierzono przez przepuszczanie aerozolu przez fotometr.The aerosol densities upon puffing of Example 6 cigarettes containing fuel elements with blends of different levels of sodium carbonate were obtained by burning the cigarettes in a smoking machine under 50/30 burn conditions. The aerosol density from the mouthpiece was measured by passing the aerosol through a photometer.

Na figurze 12 przedstawiono wykresy gęstości aerozolu przy zaciąganiu się raz za razem papierosami z sześcioma różnymi typami mieszanek elementów paliwowych. Na fig. 12 pokazano, że element paliwowy z mieszanką konwencjonalną (0% dodanego Na2CO3) daje bardzo małe wydzielanie aerozolu z papierosa. Dodanie nawet niewielkich ilości węglanu sodu do mieszanki elementów paliwowych daje ogromny wzrost gęstości aerozolu. Elementy paliwowe wykonane z mieszanek zawierających 1% roztwór węglanu sodu dają 400% wzrostu całkowitej wydajności aerozolu.Figure 12 is plots of aerosol density when puffing repeatedly on cigarettes with six different types of fuel element blends. Figure 12 shows that the conventional blend fuel element (0% Na2CO3 added) gives very little aerosol discharge from the cigarette. Adding even small amounts of sodium carbonate to the fuel element blend results in a dramatic increase in aerosol density. Fuel elements made of blends containing 1% sodium carbonate give a 400% increase in total aerosol efficiency.

Jeszcze wyraźniej przedstawiono to na fig. 13 i 14, gdzie całkowite wydajności aerozolu pokazano jako funkcję stężenia roztworu węglanu sodu w mieszance i rzeczywistych części sodu na milion w mieszance każdego z elementów paliwowych.This is shown even more clearly in Figures 13 and 14 where the total aerosol yields are shown as a function of the sodium carbonate solution concentration in the blend and the true parts per million sodium in the blend of each fuel element.

Wydajności składników aerozolowych i zapachowych (np. gliceryny i nikotyny) otrzymano w przypadku papierosów z przykładu VI przy użyciu warunków spalania według testu 50/30. Na fig. 15 przedstawiono wydajność gliceryny przy zaciąganiu raz za razem. Fig. 15 ujawnia, że papierosy w których zastosowano kontrolny element paliwowy z mieszanką konwencjonalną dają znacznie mniejszą wydajność gliceryny niż papierosy z elementami paliwowymi zawierającymi mieszankę z dodatkiem węglanu sodu.The yields of the aerosol and flavor components (e.g., glycerin and nicotine) were obtained with the Example 6 cigarettes using the 50/30 burn conditions. Figure 15 shows the yield of glycerin when puffed repeatedly. Fig. 15 discloses that cigarettes using the control fuel element with the conventional blend have a significantly lower glycerin yield than cigarettes with fuel elements containing the blend with added sodium carbonate.

To samo dotyczy wydajności nikotyny, przedstawionej na fig. 16.The same is true for the nicotine yield shown in Figure 16.

168 878168 878

Przykład VIII. Aspargina (zalecany związek uwalniający amoniak) dodana do mieszanki paliwowej na poziomach od 0% do 3% powoduje redukowanie poziomu formaldehydu w produktach spalania papierosów nawet do 70%.Example VIII. Aspargine (the recommended ammonia-releasing compound) when added to the fuel blend at levels from 0% to 3% reduces the formaldehyde level in cigarette combustion products by up to 70%.

Przykład VIII A. Papierosy z konwencjonalnymi mieszankami tytoniowo-węglowymi elementów paliwowych przygotowano z następujących części składowych:Example VIII A. Cigarettes with conventional tobacco-carbon blends of fuel elements were prepared from the following components:

Substrat:Substrate:

Tlenek glinu 44,50Aluminum oxide 44.50

Węgiel 15,00Coal 15.00

SCMC 0,50SCMC 0.50

Zamieszane cząstki tytoniu 10,00Mixed tobacco particles 10.00

Powleczone, obrobione ciepłem cząstki tytoniu 10,00Coated, heat treated tobacco particles 10.00

Gliceryna 20,00Glycerin 20.00

Element paliwowy (10 mm x4,5 mm, 5-szczelin rozstawionych co 3 mm):Fuel element (10mm x4.5mm, 5-slot 3mm apart):

Węgiel (Calgon C5) Carbon (Calgon C5) 77,00 77.00 76,00 76.00 75,00 75.00 74,00 74.00 Spoiwo SCMC SCMC binder 8,00 8.00 8,00 8.00 8,00 8.00 8,00 8.00 Cząstki tytoniu Tobacco particles 15,00 15.00 15,00 15.00 15,00 15.00 15,00 15.00 Asparagina Asparagine 0,00 0.00 1,00 1.00 2,00 2.00 3,00 3.00

Ustnik:Mouthpiece:

mm pustej przestrzeni, 10 mm papieru tytoniowego, segment filtrowy z polipropylenu 20 mm Zwój tytoniu:mm void, 10 mm tobacco paper, polypropylene filter segment 20 mm Tobacco roll:

Mieszanka spęcznionego tytoniu Koszulka izolacyjna:Expanded Tobacco Blend Insulating Jacket:

mm szkła C Owens-Corning Papier owijający:mm of C Owens-Corning Wrapping paper:

KC-1981-152KC-1981-152

Wyniki palenia - Zmierzone poziomy formaldehydu:Burning Results - Measured Formaldehyde Levels:

% asparaginy Poziom formaldehydu% asparagine Level of formaldehyde

24,3 gg/papieros24.3 gg / cigarette

18,918.9

11,1 Ltg/papieros11.1 Ltg / cigarette

6,4 μ^^/ρι^]^ΐΐ3]^ί^ί>6.4 μ ^^ / ρι ^] ^ ΐΐ3] ^ ί ^ ί>

Przykład VIIIB. Papierosy z konwencjonalnymi mieszankami tytoniowo-węglowymi elementów paliwowych przygotowano z następujących części składowych:Example VIIIB. Cigarettes with conventional tobacco-carbon blends of fuel elements were prepared from the following components:

Substrat zmarumeryzowany:Marumerized substrate:

Tlenek glinu 44,50Aluminum oxide 44.50

Węgiel 15,00Coal 15.00

SCMC 0,50SCMC 0.50

Zmieszane cząstki tytoniu 10,00Mixed tobacco particles 10.00

Powlekane, obrobione ciepłem cząstki tytoniu 10,00Coated, heat-treated tobacco particles 10.00

Gliceryna 20,00Glycerin 20.00

Element paliwowy (10 mm x 4,5 mm, 6-szczelin rozstawionych co 3 mm):Fuel element (10mm x 4.5mm, 6-slots 3mm apart):

Węgiel (z twardego drewna) Carbon (hardwood) 89,10 89.10 88,10 88.10 87,10 87.10 86,10 86.10 Alginian amonu Ammonium alginate 10,00 10.00 10,00 10.00 10,00 10.00 10,00 10.00 Na2CO3 Na2CO3 0,90 0.90 0,90 0.90 0,90 0.90 0,90 0.90 Asparagina Asparagine 0,00 0.00 1,00 1.00 2,00 2.00 3,00 3.00

Ustnik:Mouthpiece:

mm pustej przestrzeni, 10 mm papieru tytoniowego, segment filtrowy polipropylenowy 20 mm Zwój tytoniu:mm void, 10 mm tobacco paper, 20 mm polypropylene filter segment Tobacco roll:

Mieszanka spęcznionych tytoniA blend of expanded tobacco

168 878168 878

Koszulka izolacyjna:Insulating sleeve:

mm szkła C Owens-Comingmm of Owens-Coming C glass

Papier owijający:Wrapping paper:

' KC-1981-152'KC-1981-152

Wyniki palenia - zmierzone poziomy formaldehydu:Burning Results - Measured Formaldehyde Levels:

% asparaginy Poziom formaldehydów% asparagine Level of formaldehyde

12,8 μg/pap:edod 10,7 μg/pr.pieI'Zd 6,:2 μg0papiedOd12.8 μg / pap: edd 10.7 μg / pr. PiI'Zd 6,: 2 μg 0papiedOd

2,6 μg0papiedOd2.6 μg papied

FIG. 3FIG. 3

FIG. 4FIG. 4

168 878168 878

FIG. 5FIG. 5

Na2CO3Na2CO3

FIG.6FIG. 6

- Na2C03- Na2C03

168 878168 878

FIG. 7FIG. 7

> Na2C03> Na2CO3

FIG.8FIG. 8

FIG. 9FIG. 9

168 878168 878

FIG. 10FIG. 10

FIG. I IFIG. I and

168 878168 878

FIG. 12FIG. 12

FIG. 1FIG. 1

168 878168 878

FIG.14FIG.14

FIG. 115FIG. 115

-+- .5% I %- + - .5% I%

-β- 3% 5%-β- 3% 5%

No2CO3No2CO3

168 878168 878

FIG.16FIG.16

-Β- 3% 5% . Na2C03-Β- 3% 5%. Na2C03

168 878168 878

107107

FIG.2FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 150 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 150

Claims (8)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Mieszanka węglowa do elementów paliwowych artykułów tytoniowych, zawierająca jednorodną mieszaninę od około 60 do 99% wag. węgla, od około 1 do 20% wag. spoiwa i do 20% wag. tytoniu, znamienna tym, że spoiwo stanowi mieszaninę spoiwa o niskiej zawartości sodu, mającego naturalny poziom sodu poniżej 3000 części na milion, a korzystnie poniżej 1500 części na milion, oraz domieszki związku sodu, podnoszącej ostateczny poziom sodu (Na) w mieszance do wysokości od około 3000 do około 20000 części na milion.CLAIMS 1. A carbon composition for fuel elements of tobacco articles comprising a homogeneous mixture from about 60 to 99 wt. % carbon, from about 1 to 20 wt.%. % of binder and up to 20 wt. tobacco, characterized in that the binder is a mixture of a low sodium binder having a natural sodium level of less than 3000 parts per million and preferably less than 1500 parts per million, and an admixture of a sodium compound raising the final level of sodium (Na) in the mix to a level of about 3,000 to about 20,000 parts per million. 2. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że spoiwo stanowi mieszaninę spoiwa na bazie soli sodu i spoiwa o niskiej zawartości sodu, mającego zawartość sodu poniżej 3000 części na milion.2. A mixture according to claim The method of claim 1, wherein the binder is a mixture of a sodium salt binder and a low sodium binder having a sodium content below 3000 parts per million. 3. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że domieszka stanowi związek sodu wybrany z grupy złożonej z węglanu sodu, octanu sodu, szczawianu sodu i jabłczanu sodu.3. A mixture according to claim The method of claim 1, wherein the dopant is a sodium compound selected from the group consisting of sodium carbonate, sodium acetate, sodium oxalate and sodium malate. 4. Mieszanka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że spoiwo zawiera dodatkowo niepalny materiał wypełniający.4. A mixture according to claim The method of claim 1 or 2, characterized in that the binder further comprises a non-flammable filler material. 5. Mieszanka według zastrz. 4, znamienna tym, że materiałem wypełniającym jest węglan wapnia lub spiekany węglan wapnia.5. A mixture according to claim The method of claim 4, wherein the filler material is calcium carbonate or sintered calcium carbonate. 6. Mieszanka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że spoiwem o niskiej zawartości sodu sodu jest spoiwo alginianowe.6. A mixture according to claim The method of claim 1 or 2, wherein the low sodium binder is an alginate binder. 7. Mieszanka według zastrz. 6, znamienna tym, że spoiwem alginianowym jest alginian amonu.7. A mixture according to claim The method of claim 6, wherein the alginate binder is ammonium alginate. 8. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że domieszka zawiera od około 3500 do około 9000 części na milion węglanu sodu8. A mixture according to claim The composition of claim 1, wherein the dopant comprises from about 3500 to about 9000 parts per million sodium carbonate